Оценка давности наступления смерти методом конечно-элементного моделирования посмертного теплообмена головы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель – разработка двумерной конечно-элементной модели (КЭМ) посмертного теплообмена головы, предназначенной для определения давности наступления смерти (ДНС).

Материал и методы. С помощью приложения ELCUT 6.5 Student произведено конечно-элементное моделирование геометрии и посмертного теплообмена головы взрослого человека. В качестве геометрической модели мозгового отдела головы использовали полусферу с радиусом 98 мм, состоящую из равномерно распределенных однородных слоев: кожно-апоневротического лоскута, костей свода черепа, ликвора субарахноидального пространства и головного мозга. Валидация КЭМ осуществлялась путем оценки сходимости кривых охлаждения, полученных с помощью КЭМ и на основе законов охлаждения Marshall – Hoare и Ньютона – Рихмана в условиях постоянной и линейно изменяющейся внешней температуры.

Результаты. Разработана масштабируемая двумерная КЭМ нахождения посмертного температурного поля головы. Она позволяет учитывать любые изменения внешней температуры, комбинированные условия теплообмена и зависимость теплофизических параметров биотканей от температуры внешней среды. Отладка КЭМ в стандартных условиях охлаждения показала максимальную сходимость результатов нахождения посмертного температурного поля с результатами валидных феноменологических математических моделей при задании на внешнем ребре только конвективного теплообмена с коэффициентом теплоотдачи, равным 6 Вт/(м2·К). Разработанная КЭМ характеризуется устойчивостью результатов определения ДНС к отклонениям начального температурного поля расчетной области от своего физиологического уровня.

Выводы. Предложенную КЭМ целесообразно использовать в экспертной практике при определении давности наступления смерти.

Об авторах

Г. В. Недугов

ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: nedugovh@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7380-3766

д-р мед. наук, доцент кафедры судебной медицины

Россия, Самара

Список литературы

  1. Potente S, Henneicke L, Schmidt P. Prism - A novel approach to dead body cooling and its parameters. Forensic Sci Int. 2021;325:110870. doi: 10.1016/j.forsciint.2021.110870
  2. Laplace K, Baccino E, Peyron PA. Estimation of the time since death based on body cooling: a comparative study of four temperature-based methods. Int J Legal Med. 2021;135(6):2479-87. doi: 10.1007/s00414-021-02635-7
  3. Nedugov GV. Mathematical modeling of the corpse cooling. Kazan, 2021. (In Russ.). [Недугов Г.В. Математическое моделирование охлаждения трупа. Казань, 2021]. ISBN 978-5-00118-790-5
  4. Smart JL. Estimation of time of death with a fourier series unsteady-state heat transfer model. J Forensic Sci. 2010;55(6):1481-7. doi: 10.1111/j.1556-4029.2010.01467.x
  5. Igari Y, Hosokai Y, Funayama M. Rectal temperature-based death time estimation in infants. Leg Med (Tokyo). 2016;19:35-42. doi: 10.1016/j.legalmed.2016.02.002
  6. Mall G, Eisenmenger W. Estimation of time since death by heat-flow Finite-Element model. Part I: method, model, calibration and validation. Leg Med (Tokyo). 2005;7(1):1-14. doi: 10.1016/j.legalmed.2004.06.006
  7. Mall G, Eisenmenger W. Estimation of time since death by heat-flow Finite-Element model part II: application to non-standard cooling conditions and preliminary results in practical casework. Leg Med (Tokyo). 2005;7(2):69-80. doi: 10.1016/j.legalmed.2004.06.007
  8. Wilk LS, Hoveling RJM, Edelman GJ, et al. Reconstructing the time since death using noninvasive thermometry and numerical analysis. Sci Adv. 2020;6(22):eaba4243. doi: 10.1126/sciadv.aba4243
  9. Weiser M, Erdmann B, Schenkl S, et al. Uncertainty in temperature-based determination of time of death. Heat Mass Transfer. 2018;54:2815-26. doi: 10.1007/s00231-018-2324-4
  10. Smart JL. Use of postmortem temperature decay response surface plots of heat transport in the human eye to predict time of death. J Forensic Sci. 2014;59(2):390-8. doi: 10.1111/1556-4029.12333
  11. Nelson DA, Nunneley SA. Brain temperature and limits on transcranial cooling in humans: quantitative modeling results. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1998;78(4):353-9. doi: 10.1007/s004210050431
  12. Zhu L, Diao C. Theoretical simulation of temperature distribution in the brain during mild hypothermia treatment for brain injury. Med Biol Eng Comput. 2001;39(6):681-7. doi: 10.1007/BF02345442
  13. Schenkl S, Muggenthaler H, Hubig M, et al. Automatic CT-based finite element model generation for temperature-based death time estimation: feasibility study and sensitivity analysis. Int J Legal Med. 2017;131(3):699-712. doi: 10.1007/s00414-016-1523-0
  14. Muggenthaler H, Hubig M, Schenkl S, Mall G. Influence of hypo- and hyperthermia on death time estimation - A simulation study. Leg Med (Tokyo). 2017;28:10-14. doi: 10.1016/j.legalmed.2017.06.005
  15. Mall G, Hubig M, Beier G, et al. Supravital energy production in early post-mortem phase - estimate based on heat loss due to radiation and natural convection. Leg Med (Tokyo). 2002;4(2):71-8. doi: 10.1016/ s1344-6223(02)00005-6
  16. Mall G, Hubig M, Beier G, Eisenmenger W. Energy loss due to radiation in postmortem cooling. Part A: quantitative estimation of radiation using the Stefan-Boltzmann law. Int J Legal Med. 1998;111(6):299-304. doi: 10.1007/ s004140050175

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рисунок 1. Геометрическая модель головы с построенной сеткой из 254 конечных элементов и ее начальное температурное поле.

Скачать (730KB)
Метаданные
3. Рисунок 2. Термограммы в точках начала координат и на внешнем ребре КЭМ в сравнении с кривыми охлаждения для данных точек в соответствии с законами охлаждения (1) и (3) при постоянной внешней температуре, равной 10 °С.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рисунок 3. Термограммы в точках начала координат и на внешнем ребре КЭМ в сравнении с кривыми охлаждения для данных точек в соответствии с законами охлаждения (2) и (4) при линейно изменяющейся со скоростью 0,5 °С/ч внешней температуре.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рисунок 4. Термограммы в точке начала координат КЭМ при гипер-, нормо- и гипотермическом вариантах танатогенеза.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Недугов Г.В., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).