автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Система для оценки давности наступления смерти человека

Коновалов Евгений Алексеевич

На правах рукописи

Ж

СИСТЕМА ДЛЯ ОЦЕНКИ ДАВНОСТИ НАСТУПЛЕНИЯ СМЕРТИ ЧЕЛОВЕКА

Специальность:

05.11.17- Приборы, системы и изделия медицинского назначения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ш,р 2072

Санкт-Петербург - 2012

005012085

Работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника» в ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО ИжГТУ, г. Ижевск).

Научный руководитель

Доктор технических наук, профессор, Куликов Виктор Александрович Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор, Цветков Эрик Иванович, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В .И. Ульянова (Ленина), профессор кафедры «Информационно-измерительные системы и технологии»

Кандидат технических наук, Виллевальде Анна Юрьевна, ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И.Менделеева, научный сотрудник.

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

Защита состоится « О, 2012 г. в_часов на заседании совета по

защите докторских и кандидатских диссертаций Д212.23 8.09 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина).

Автореферат разослан 12 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Е.В. Садыкова

)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из главных задач практической судебной медицины является определение давности (времени) наступления смерти человека (ДНС). В настоящее время определение ДНС в первые сутки после наступления смерти производится путем анализа динамики посмертной температуры тела и восстановления момента начала его остывания, который интерпретируется как момент наступления смерти.

Вопросам разработки тепловых моделей остывания тела и методик определения ДНС уделено большое внимание в работах как отечественных, так и зарубежных ученых.

Большинство моделей разработаны для стационарных внешних условий. Появляются модели и методики, позволяющие оперативно определять значение ДНС на месте экспертизы в условиях переменной температуры внешней среды, однако, для их применения требуются знания о колебаниях температуры окружающей среды за весь период остывания тела. На практике редко удается получить такие данные. В подобных случаях используется значение температуры среды на момент проведения экспертизы, которое может либо превышать среднюю температуру воздуха за период остывания, либо быть ниже ее. В первом случае это приводит к ошибочному уменьшению расчетного значения ДНС, а во втором - к ее увеличению. Проблема определения давности смерти при отсутствии информации об изменении температуры внешней среды по настоящее время не решена.

Еще одной причиной, ограничивающей возможность точного измерения ДНС тепловым методом, является отсутствие у исследователя знаний о значении температуры тела человека на момент смерти. Традиционно, в качестве прижизненных, используются значения температуры печени 37,5 °С, прямой кишки 37 °С и головного мозга 36,7 °С. При отличии реальных значений температуры тела на момент смерти от указанных получаемые результаты могут значительно отклоняться от действительного значения ДНС.

В стационарных внешних условиях, которые встречаются примерно в 80 % случаев проведения судебно-медицинских экспертиз (СМЭ), процесс остывания тела содержит нерегулярную и регулярную стадии. Первая характеризуется сильным влиянием начального состояния на температурное поле объекта. С течением времени это влияние уменьшается, и процесс теплообмена переходит в регулярную стадию, в которой закон изменения температуры приобретает простую экспоненциальную форму. Существующие методики приближенно учитывают нерегулярный этап, что так же вносит определенную погрешность в итоговое значение ДНС.

Известно, что процедура определения ДНС тепловым методом относится к области измерительных технологий. При реализации теплового метода на месте экспертизы необходимо выполнять измерение температуры тела и температуры среды. Ранее были разработаны опытные образцы устройств, предназначенных для определения ДНС, но из-за наличия определенных недостатков эти устройства не нашли широкого применения. В настоящее время в серийном

производстве отсутствуют специализированные термометры и приборы, предназначенные для этих целей и отвечающие всему комплексу требований, предъявляемых к ним. Обычно применяют ртутные термометры с разрешением 0,5 К и электрические портативные термометры с разрешением 0,1 К. Для реализации потенциальных возможностей теплового метода требуется существенно более высокое разрешение.

Таким образом, существует проблема совершенствования оперативного метода определения ДНС путем уточнения тепловой модели остывания тела и разработки специализированных средств термометрирования и расчета ДНС, которые вместе должны составлять информационно-измерительную систему. Исследования, представленные в настоящей работе, направлены на решение этой проблемы.

Цель данной работы является разработка метода и информационно-измерительной системы для оценки давности наступления смерти человека на месте проведения судебно-медицинской экспертизы, обеспечивающих оперативность и более высокую точность в сравнении с аналогами.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

- разработка эталонной математической модели остывания объекта;

- разработка метода оценки давности наступления смерти с учетом нерегулярной стадии теплообмена;

- разработка компонентов метрологического обеспечения системы оценки давности наступления смерти;

-разработка системы для измерения давности наступления смерти;

- экспериментальная апробация предложенных метода и системы.

Объектом исследования является информационно измерительная система для оценки давности наступления смерти человека по динамике посмертной температуры.

Предмет исследования - информационное, методическое, программно-алгоритмическое и аппаратное обеспечение системы.

Методы исследования. Исследование базируется на методах теории теплообмена, аналитического решения тепловых задач, электротеплового компьютерного моделирования, математического нелинейного программирования и теории погрешностей.

Новые научные результаты.

1. Эталонные математические модели остывания объекта, построенные на основе аналитического решения тепловой задачи и метода электротепловой аналогии, позволяющие выполнять анализ адекватности тепловых моделей остывания тела.

2. Метод оценки давности наступления смерти, учитывающий нерегулярную стадию остывания объектов в стационарных внешних условиях, и способ определения давности наступления смерти человека на его основе.

3. Оценки влияния источников погрешности на точность определения давности наступления смерти.

4. Алгоритм оптимизации значений параметров объекта (начальной температуры тела, температуры среды и коэффициента, учитывающего нерегуляр-

ную стадию теплообмена) для уточнения модели остывания тела в стационарных и квазистационарных внешних условиях.

5. Информационно-измерительная система для оценки давности наступления смерти в стационарных и квазистационарных условиях на месте проведения судебно-медицинской экспертизы.

Практическую ценность работы составляют:

1. Методика получения эталонной динамики температуры объекта экспертизы для стационарных и переменных внешних условий на основе аналитического решения тепловой задачи и метода электротепловой аналогии.

2. Методика расчета коэффициента, учитывающего нерегулярную стадию теплообмена тела в стационарных внешних условиях, по известным значениям геометрических размеров тела и постоянной времени остывания в регулярной стадии теплообмена.

3. Опытный образец информационно-измерительной системы для оценки ДНС на месте проведения судебно-медицинской экспертизы.

4. Результаты исследования погрешности измерений ДНС в условиях Бюро судебно-медицинской экспертизы.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Для анализа адекватности тепловых моделей остывания объекта судебно-медицинской экспертизы в стационарных и квазистационарных внешних условиях предложено использовать эталонные математические модели, построенные на основе аналитического решения тепловой задачи и метода электротепловой аналогии.

2. Для оценки давности наступления смерти в стационарных и квазистационарных внешних условиях получена новая методика, учитывающая иррегулярную стадию остывания объекта экспертизы, основанная на расчете поправочного коэффициента по данным измерений размера объекта и постоянной времени спада температуры в регулярной стадии.

3. Выполнена оценка влияния ошибок идентификации параметров объекта на точность определения ДНС, на основании которой выдвинуты требования к параметрам специализированного первичного термопреобразователя.

4. Для уточнения модели остывания тела в стационарных и квазистационарных внешних условиях разработан алгоритм оптимизации значений начальной температуры тела, температуры среды и коэффициента, учитывающего нерегулярную стадию теплообмена.

5. Разработана специализированная система для измерения температуры тела человека и среды и оперативного расчета ДНС на месте проведения судебно-медицинской экспертизы; получены результаты исследования погрешности измерений ДНС.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в практическую деятельность Бюро судебно-медицинской экспертизы Удмуртской республики, Областного государственного учреждения здравоохранения «Свердловское областное бюро судебно-медицинской экспертизы» и в учебную деятельность на кафедре «Судебная медицина» ГОУ ВПО «Ижевская государственная медицинская академия».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: Международной конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (С-Пб, 2007); Второй международной научно-практической конференции «Измерения в современном мире - 2009» (С-Пб, 2009); Научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке» (Ижевск, 2006); Научно-технической конференции факультета «Информатика и вычислительная техника», посвященной 50-летию кафедры «Вычислительная техника» ИжГТУ (Ижевск, 2009), а так же на конференциях ученых и заседаниях кафедр «Вычислительная техника» ИжГТУ и «Судебная медицина» ИГМА.

Публикации. Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в 16 научных работах, из них: 3 статьи - в журналах, рекомендованных ВАК РФ [1, 2, 3], 2 статьи - в рецензируемых журналах [8,13]; 2 статьи - в материалах международных научно-технических конференций [5, 6]; 2 статьи депонированы в ВИНИТИ [9, 10]; 1 статья - в межвузовском сборнике научных трудов [4]; 4 статьи - в сборниках трудов региональных научно-технических конференций и конференций ученых ИжГТУ [7, 11, 12, 14]. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Программа управления измерениями температуры и времени охлаждения объекта» [15]. Получено решение о выдаче патента на новый способ определения давности наступления смерти человека [16].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения, изложенных на 149 листах машинописного текста. В работу включены 53 рисунка, 24 таблицы, список литературы из 88 наименований. В приложении представлены акты об использовании результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертационной работы, формулировку цели и задач исследований, основные положения, выносимые на защиту, и определяет основное содержание работы.

В первой главе выполнен анализ тепловых моделей остывания тела человека в посмертном периоде. Установлено, что существующие тепловые модели можно классифицировать по трем основным признакам:

1) модели с жестко заданными параметрами;

2) модели с параметрами, определяемыми при экспертизе судебным экспертом;

3) модели с параметрами, определяемыми при экспертизе судебным экспертом и специализированной программой.

Модели первой группы являются слишком упрощенными и, как следствие, определяют значение ДНС с большой погрешностью. Модели второй группы учитывают основные закономерности теплообмена тела, но предназначены для использования в стационарных внешних условиях, что не всегда является возможным. Модели третьей группы наиболее полно воспроизводят процесс остывания тела в стационарных и нестационарных условиях теплообмена, учитывают теплофизические параметры биоткани человека, требуют большого

объема входных данных и значительных вычислительных затрат, не являются оперативными для применения.

Принято решение о проведении исследований в направлении совершенствования модели, относящейся ко второй группе, на основе ее уточнения и оптимизации параметров и создания специализированной ИИС для измерения ДНС на мете проведения судебно-медицинской экспертизы.

Во второй главе предложена, обоснована и исследована модель регулярного режима теплообмена объекта экспертизы, учитывающая иррегулярную стадию. В качестве базы выбрана двухслойная модель Куликова В.А., которая в настоящее время широко используется судебными экспертами (Куликов В.А. Практическая методика измерения ДНС по методу регулярного теплового режима // Современные вопросы судебной медицины и экспертной практики. -Ижевск, 1998. - Вып. X - С. 115-120). В общем виде данная модель дает зависимость температуры тела от времени в следующем виде

Тт(х) = (Ттй-Тс)е~>+-1±-(Тт«-Тс)еТ<--Ь-<ТГ0-Тс)е~^ +ГС,(1)

где Тп - начальная (прижизненная) температура тела; Тс - температура внешней среды; В соответствии с этой моделью при ее упрощении расчет ДНС выполняется по формуле

ДНС = т^ф^) + т.М-^-), (2)

1,-1 с Л -I

Лт

гДе х, --т _т ' постоянная времени экспоненты в регулярном режиме

теплообмена; К = — - коэффициент, учитывающий нерегулярную стадию теплообмена и выбираемый из диапазона 4... 15; т2- постоянная времени экспоненты в нерегулярном режиме охлаждения; Г, и Т2- первая и вторая температуры тела, замеренные с интервалом времени Ах в часах.

Источниками погрешности определения ДНС по данной модели являются - неопределенность начальной температуры Т„, колебания температуры среды Тс в процессе остывания объекта и неопределенность в выборе коэффициента К, учитывающего нерегулярную стадию теплообмена.

Коэффициент К учитывает влияние раннего теплообмена, но для его определения необходимо знать динамику температуры тела в первые часы после смерти, что в момент проведения экспертизы невозможно. Предлагается исследовать и определить зависимость коэффициента К от других параметров, влияющих на процесс теплообмена объекта со средой, и далее, используя эту зависимость, при проведении экспертизы рассчитывать (уточнять) значение К. Чтобы решить эту задачу необходимо располагать эталонными температурными трендами на этапе остывания объекта.

\

Для генерации эталонных трендов предложено использовать модели для постоянной и переменной температуры внешней среды, основанные на аналитическом решении тепловой задачи и методе электротепловой аналогии. При этом в качестве объекта моделирования рассматривается голова человека, которая в настоящее время используется как диагностическая зона при определении

дне.

В качестве эталонного температурного тренда, описывающего процесс изменения температуры в центре головы, принимается температурный тренд в центре сплошного шара с теплофизическими параметрами, соответствующими параметрам биологической ткани головы. Шар находится в конвективном теплообмене с окружающей средой (граничные условия 3-го рода) и имеет равномерное начальное распределение температуры [5]. В этом случае температура шара определяется выражением

Тш{т) = Тп+®(г){Тс-Тт<1), (3)

00 А 1

где 0(т) = 1 - ' з;п<Х • л)' е~»ли) - безразмерный параметр температуры;

л -(и-'^^ЕЖ+К « -

л» -1 1) ц2 + л/2 - д/- ~ амплитуды колебании температуры;

= -ц„; Ц„ - ряд величин, зависящих от критерия Био 5;' = -^-^;

ш-1 I

X

а =--коэффициент температуропроводности; ^0(т) = ^ - критерий Фу-

с-Р Д2

рье; Тто, Тш(т) - начальная и текущая температура шара; Тс - температура внешней среды; а - коэффициент теплоотдачи (для естественной конвекции . .. Вт

м2 К ~ радиус шаРа; ^ " коэффициент теплопроводности тела (0,498 Вт кПж

--); с - удельная теплоемкость тела (3,192 ——); р - плотность тела (1062

м-К кг-К

—); г) - безразмерная координата (0..1). м

Для расчета температуры по формуле (3) в среде МаАСАБ была разработана процедура численного поиска коэффициентов ряда ц„ - положительных корней. Путем исследования модели (3) установлено, что для получения температурного тренда с погрешностью, пересчитанной в ДНС, не более 5-ти минут в выражении для 0(т) достаточно использовать 10 членов (п=10).

Модель (3) позволяет генерировать температурные тренды при постоянной температуре среды.

При построении эталона распределения температуры объекта, моделирующего теплообмен при переменной температуре внешней среды, был использован принцип электротепловой аналогии. Тело разбивается на ряд элементарных объемов, каждый из которых заменяется электрической ячейкой, состоящей из дискретных электрических компонентов, моделирующих терми-

ческие сопротивления элементарного объема вдоль осей координат и теплоемкость объема. Совокупность электрических ячеек, дополненная элементами, моделирующими граничные условия, представляет собой электротепловую модель.

В качестве среды для исследования электрической модели выбрано программное обеспечение MICRO-CAP. На рис. 1 представлена электрическая модель шара с граничными условиями третьего рода, состоящая из N слоев. Значения термических сопротивлений определяются по выражениям

К гДе N ~ порядковый номер эле-

2пк D„ D'f N 2nVD* Д

N

ментарного объема, D'N - диаметр объема; теплоемкости объемов рассчитыва-

граничное сопротивление оп-

4

ются по формуле — л

£L

. 2 у

я;43

ределяется в виде Rr = ^

а4щ —

U

Была проведена оценка погрешности моделирования шара для моделей с 5-ю, 10-ю и 20-ю элементарными ячейками. За точное принималось аналитическое решение тепловой задачи. Установлено, что уже при разбиении объекта на 20 элементарных ячеек электротепловая модель дает погрешность менее 0,01К.

Предложена методика определения зависимости коэффициента К в модели (3) от параметров, влияющих на теплообмен:

- используя эталонную модель изменения температуры (3), для заданных значений диаметра шара с{и коэффициента теплоотдачи а вычисляются значения параметров тл и т,, где тл - точка перегиба температурного тренда;

- используя двухслойную модель (1), определяется значение коэффициента К, как функции от найденных т, и тп;

- для различных значений диаметра шара с/ и постоянной т, определяются значения Л-и строится зависимость

Я(т„й0 = (-0,1145<1+3,0554)-т, +(0,0425(1-1,9563), (4) где с1 в см, т, в часах.

Таким же способом была получена эквивалентная представленной зависимость К от диаметра <1 и коэффициента теплоотдачи а: К{а, 4) = (-1,6429(1 + 56,28) • .

На рис. 2 представлена оценка влияния учета коэффициента К на погрешность определения ДНС. Через ДДНСстар и ДДНСнов отмечены погрешности расчета ДНС, полученные при использовании К=\2 и коэффициенте К, вычисленном по формуле (4), соответственно. По графикам видно, что учет коэффициента К позволил существенно снизить погрешность определения ДНС с 1ч до 0,2 ч.

--В1

Таким образом, впервые получено выражение для уточнения коэффициента К, учитывающего нерегулярную стадию теплообмена, в процессе проведения экспертизы по постоянной времени в регулярной стадии теплообмена и размеру объекта судебно-медицинской экспертизы и подтверждена возможность эффективного использования двухслойной модели Рис. 1. Электротепловая модель шара объекта при известных

значениях начальной температуры тела, температуры среды и коэффициента К. При этом в процессе экспертизы ДНС требуется определять новый, ранее не учитываемый параметр - диаметр головы на уровне лобно-затыльной части [16]. ДДНС, час 1

0.5

-0.5

10

—ь-

15

—(—

ДДНСнов

т. час

В третьей главе представлена оценка влияния погрешности идентификации параметров объекта на погрешность измерения давности наступления смерти, а так же изложены результаты исследований эффективности оптимизации параметров тепловой модели регулярного режима.

Определено влияние ошибок идентификации параметров объекта на результирующее значение ДНС. Установлено, что влияние погрешности идентификации начальной температуры на ошибку в определении ДНС составляет около 1 час/К. Влияние погрешности измерения температуры тела и среды с увеличением ДНС возрастает. Максимальное влияние составляет 10 час/К. Для определения ДНС с максимально допустимой погрешностью 0,5 часа, разрешающая способность измерительного устройства должна быть не хуже 0,05 К.

Определено, что погрешность установки датчика вносит ошибку в результирующее значение ДНС. Установлено, что если в качестве диагностической зоны принять интервал (-0,197?; 0,19/?) относительно центра головы радиу-

ДДНСстар

Рис. 2. Влияние учета коэффициента К на погрешность определения ДНС

сом Л, то максимальная величина ошибки определения ДНС составит менее 0,1 часа. Таким образом, для среднего радиуса головы Я = 9 см диагностическая зона будет лежать на отрезке (-1,75см; 1,75см), а для выполнения термометри-рования необходимо использовать термопреобразователи с длинной чувствительного элемента, не превышающей 35 мм.

Применение электротепловой модели позволило установить, что при охлаждении объекта в переменных внешних условиях при расчете ДНС двухслойная модель дает существенную ошибку (порядка нескольких часов). В этом случае, для учета изменения температуры среды предлагается выполнять поиск оптимальных (уточненных) значений температуры среды, начальной температуры тела и коэффициента Л" с помощью алгоритмов оптимизации [13].

Задачей оптимизации является поиск таких уточненных значений параметров объекта по двухслойной модели (1), при которых минимизируются отклонения между экспериментально полученным и расчетным температурными трендами. В качестве целевой функции при выполнении оптимизации использовалось выражение:

Л^НЛгра„РО-Лг|<£; (5)

гДе = г(Х„,Т2)-т(Хп,Т^- Хп - вектор независимых переменных

(набор параметров модели, за счет выбора значений которых планируется достичь минимума целевой функции).

Для исследования алгоритма были получены температурные тренды объекта методом моделирования на основе электротепловой аналогии (рис. 1) при синусоидальном суточном изменении температуры внешней среды Тс. Использовались следующие исходные данные: диаметр объекта в виде шара й = 18 см; период колебаний температуры среды - 24 часа; постоянная составляющая температуры среды - 20 °С; начальная температура объекта Т0 = 37 °С; коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене объекта со средой а = 5 ,

м2-К

что соответствует постоянной времени в регулярном режиме теплообмена т,=7 часов и отражает реальный темп остывания объекта; интервал замера температур Дг = 15мин.

Для оценки эффективности применения оптимизационного подхода при определении времени остывания объектов была выполнена серия расчетов ДНС на разных этапах охлаждения при различных амплитудах колебаний Тс. Были получены следующие результаты:

1) на ранних и средних этапах теплообмена применение оптимизации по методу Пауэлла позволяет существенно сократить среднее значение погрешности определения ДНС и СКО ДДНС;

2) на раннем этапе теплообмена результаты расчета ДНС с применением оптимизационного подхода не зависят от амплитуды колебаний температуры среды;

3) применение оптимизации на средних этапах остывания объекта позволяет получить приемлемые результаты погрешности расчета ДНС (ДДНС < 0,5 час.) при колебаниях температуры внешней среды с амплитудой не более 3 К;

4) на поздних этапах остывания применение оптимизации позволяет существенно уменьшить ошибку определения времени смерти, но абсолютное значение погрешности остается достаточно большим и может составлять от 1-го до 6-ти часов в зависимости от времени охлаждения и амплитуды колебаний температуры среды.

В четвертой главе представлена разработка портативного устройства, позволяющего выполнять термометрирование объектов экспертизы с высоким разрешением и производить расчет ДНС, а так же приводятся результаты проверки разработанной методики определения ДНС.

Установлено, что устройство, предназначенное для измерения ДНС должно удовлетворять следующему перечню технических требований:

1) диапазон измерения температуры тела и среды: -50..+50 °С;

2) разрешающая способность: не хуже 0,01 °С;

- . 3) устройство должно содержать микропроцессорный блок для выполнения многопараметрической оптимизации с последующим расчетом ДНС по модифицированной двухслойной модели;

4) должны присутствовать средства ввода и отображения информации.

На рис. 3 представлена структурная схема ИИС - измерителя ДНС [6]. Основными элементами являются измерительный канал, состоящий из термо-преобрзователя, промежуточного преобразователя, аналогового фильтра и аналого-цифрового преобразователя (АЦП), микропроцессорный модуль, интерфейсный модуль и устройство ввода и отображения информации.

В качестве первичного преобразователя выбран термопреобразователь сопротивления (ТПС) с медным чувствительным элементом из микропровода, имеющий встроенный теплопроводящий каркас и обладающий минимальным саморазогревом под действием измерительного тока [10].

Преобразование сопротивления в напряжение осуществляется промежуточным преобразователем (ПП), выполненным в виде пассивного моста [2], вместе с АЦП формирующего на выходе линейную зависимость напряжения.

Выходной сигнал моста поступает на вход сигма-дельта АЦП АБ7705(06) со встроенным усилителем. Схема допускает изменения сопротивления ТПС в диапазоне 50±26,94 Ом, что в перерасчете на температуру дает интервал измерений 20±128,29 °С. Измерительный ток в схеме составляет 4 мА, что снижает саморазогрев ТПС [10, 14]. Единице младшего разряда АЦП соответствует перепад температуры в 0,004 °С, что удовлетворяет требованиям. .

Разработанный прибор судмедэксперта выполнен в виде портативного устройства (рис. 4.). Установлено, что результаты измерений температуры не зависят от изменений температуры окружающей среды и напряжения питания в пределах разрешающей способности прибора. Прибор можно использовать в лабораторных и полевых условиях.

В течение двух лет прибор находился в опытной эксплуатации в Бюро сюдебно-медицинской экспертизы Удмуртской республики и использовался при определении ДНС реальных объектов.

Рис. 3. Структурная схема портативного измерителя ДНС

а б в

Рис. 4. Система измерения ДНС: а - измерительный блок; б -термопреобразователь сопротивления; в - главное окно программы при работе с прибором

В табл. 1 приведены исходные данные и результаты расчетов, полученные при проведении судебно-медицинских экспертиз: ДНС1 - значения ДНС, найденные при номинальных значениях параметров Г0= 37 °С, Тс= 20 °С и К= 12 по формуле (2); ДДНС,= ДНС,-ДНС - погрешность расчета ДНС при номинальных значениях параметров; ДНС2, ЛДНС2= ДНС2-ДНС - значения, полученные с использованием оптимизации параметров го_п, Тс_п и Кп по методу Пауэлла.

Как видно из табл. 1 использование многопараметрической оптимизации методом Пауэлла по трем параметрам позволяет уменьшить среднее значение и СКО абсолютной погрешности определения ДНС с 1,29±0,93 час. до -0,14±0,37 час.

Таблица 1

Результаты расчета давности наступления смерти без использования (ДНС1) и с использованием оптимизации трех параметров Т0, Г иК(ЩС2)

N0 т.. °С "С т 2' °с ДНСр, час ДНС1, час ДДНС1, час Т °С т °С Кп ДНС,, час дднс2, час

1 12,100 29,200 28,876 3,50 3,89 0,39 35,332 13,602 10,6 3,41 -0,08

2 16,700 23,000 22,805 5,00 6,55 1,55 35,000 18,817 42,6 4,82 -0,17

3 18,300 26,200 25,951 4,00 4,82 0,82 37,000 22,060 4,8 4,06 0,06

4 21,112 30,188 30,054 5,60 6,96 1,36 36,037 26,057 10,8 4,94 -0,65

5 13,400 26,900 26,607 4,50 4,77 0,27 37,000 14,046 25,7 4,47 -0,02

6 20,800 24,800 24,708 7,50 10,46 2,96 35,000 23,000 3,4 7,10 -0,39

7 20,517 25,338 25,206 6,00 7,75 1,75 36,023 22,633 10,4 5,66 -0,33

8 19,000 26,600 26,385 4,00 5,38 1,38 39,375 23,000 42,6 4,16 0,16

9 22,146 27,864 27,746 7,50 8,10 0,60 37,500 24,361 11,8 6,89 -0,60

10 17,400 28,500 28,246 5,00 4,57 -0,42 37,500 18,270 11,8 4,81 -0,18

11 17,732 22,164 22,084 12,50 14,05 1,55 39,000 19,000 42,6 12,16 -0,33

12 17,000 25,800 25,546 3,00 5,05 2,05 33,583 20,375 52,4 3,16 0,15

13 17,200 29,600 29,401 4,00 5,50 1,50 39,000 26,060 11,6 3,99 -0,00

14 19,748 26,414 26,296 8,00 9,46 1,466 35,000 21,650 11,6 7,44 -0,55

15 12,600 18,800 18,696 11,50 14,19 2,69 39,000 15,030 9,8 11,66 0,16

16 15,000 23,000 22,873 8,50 11,25 2,75 39,000 19,500 10,4 8,19 -0,30

17 17,238 21,187 21,099 11,00 12,40 1,40 37,500 18,099 11,8 11,10 0,10

18 22,750 26,514 26,418 9,20 8,96 -0,23 37,500 22,750 11,8 9,38 0,18

19 19,831 21,743 21,681 11,00 11,41 0,41 36,989 20,366 3,7 10,11 -0,88

20 19,863 26,263 26,167 1 10,00 11,56 1,56 36,000 19,863 20,1 10,75 0,75

Среднее значение, час 1,29 Среднее значение, час -0,14

СКО, час 0,93 СКО, час 0,37

Таким образом, практически подтверждается, что использование многопараметрической оптимизации позволяет значительно снизить погрешность определения ДНС, что, в свою очередь, позволяет рекомендовать применение этой методики на практике.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны математические модели остывания объекта, построенные на основе аналитического решения тепловой задачи и метода электротепловой аналогии, позволяющие объективно выполнять анализ адекватности тепловых моделей остывания тела.

2. Разработан новый способ определения давности наступления смерти, учитывающий нерегулярную стадию остывания объекта в стационарных внешних условиях за счет расчета поправочного коэффициента по результатам измерений постоянной времени в ре!улярной стадии теплообмена и размеру объекта судебно-медицинской экспертизы.

3. Исследовано влияние источников погрешности на точность определения давности наступления смерти, на основании чего выдвинуты требования к параметрам специализированного первичного термопреобразователя.

4. Предложено для уточнения модели остывания тела в стационарных и квазистационарных условиях применение оптимизации параметров - начальной температуры тела, температуры среды и коэффициента, учитывающего нерегулярную стадию теплообмена, что обеспечивает снижение погрешности определения давности наступления смерти до уровня менее 1 часа на интервалах времен от 3-х до 18 часов при использовании головы в качестве диагностической зоны. Показана эффективность многопараметрической оптимизации по методу Пауэлла при решении задач теплообмена данного класса.

5. Определен комплекс требований к портативному прибору судмедэксперта, на основании которых разработан опытный образец устройства, испытанный в лаборатории и в реальных условиях при определении давности наступления смерти на месте проведения судебно-медицинской экспертизы.

6. Результаты диссертационной работы внедрены в ГУЗ «Бюро судебно-медицинской экспертизы Удмуртской республики» (г. Ижевска), в ГУЗ «Свердловское областное бюро судебно-медицинской экспертизы» (г. Екатеринбург) и на кафедре «Судебная медицина» ГОУ ВПО «Ижевская государственная медицинская академия», что подтверждено соответствующими актами. Результат диссертационной работы - оптимизация параметров модели остывания тела по методу Пауэлла - рекомендован к применению при проведении судебно-медицинских экспертиз в новой медицинской технологии «Диагностика давности наступления смерти термометрическим способом в раннем посмертном периоде», разрешение ФС №2011/227 от 04.08.2011 на применение которой дано Федеральной службой по надзору в сфере здравоохранения и социального развития.

Публикации автора в журналах, рекомендованных ВАК

1. Коновалов Е.А. Оценка эффективности применения оптимизационного подхода при расчете времени остывания объекта в переменных внешних условиях: Вестник Ижевского государственного технического университета. - 2010. -№1(45).-С. 97-98.

2. Куликов В.А., Коновалов Е.А., Власов В.Г. Разработка измерительного канала термометра высокого разрешения // Интеллектуальные системы в производстве. -2010. - 1(15). - С. 236-243.

3. Куликов В.А., Коновалов Е.А. Микропроцессорный прибор для измерения давности наступления смерти по методу регулярного теплового режима: Вестник Ижевского государственного технического университета. - 2011. -1(49).-С. 102-106.

Публикации автора в других изданиях

4. Коновалов Е.А. Особенности выбора микроконтроллеров для портативных регистраторов измерительных систем // Межвуз. сборник: электротех-нич. комплексы и системы. - Уфа: Изд-во УГАТУ, 2006.

5. Коновалов Е.А. Модель динамики температуры инерционных объектов в стационарных условия // Сборник трудов Четвертой международ, конферен-

ции: Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности. - С-Пб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2007. - Т. 11 - С. 188 - 192.

6. Коновалов Е.А. Система температурной диагностики для судебной медицины // Сборник трудов Второй международной научно-практической конференции: Измерения в современном мире. - С-Пб.: Изд-во Политехи, ун-та

2009.-С. 119-122.

7. Коновалов Е.А., Куликов В.А. Выбор алгоритма оптимизации параметров тепловой модели при расчете времени остывания объекта // Информац. технологии в промышленности и образовании: сборник трудов науч.-техн. конф. факультета «Информатика и вычислительная техника», посвященной 50-летию кафедры «Вычислительная техника» ИжГТУ (25 апреля 2009 г.) / науч. ред. Ю.В. Веркиенко. Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2009. - С. 277-285.

8. Куликов A.B., Вавилов А.Ю., Коновалов Е.А. Оценка погрешности измерения ДНС микропроцессорным прибором с терморезистивным датчиком // Проблемы экспертизы в медицине. -.Ижевск, 2006, №1(20). С. 7-9.

9. Куликов В.А., Коновалов Е.А. Вопросы проектирования мостовых преобразователей сопротивления для термометров высокого разрешения: ИжГТУ. - Ижевск, 2006. - 9 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.02.2006, № 201-В2006.

10. Куликов A.B., Коновалов Е.А. Экспериментальные исследования малогабаритных термопреобразователей сопротивления высокого разрешения: ИжГТУ. - Ижевск, 2006. - 12 с. - Деп. в ВИНИТИ 17.04.06, № 510-В2006.

11. Куликов В.А., Коновалов Е.А. Схемотехника измерительного канала системы температурной диагностики человека // Труды 3-ей науч.-тех. конф: Приборостроение в XXI веке. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2006.

12. Куликов В.А., Коновалов Е.А. Методика учета ирряулярной стадии при анализе теплообмена инерционных объектов // сборник трудов молодых ученых: Информационные системы в промышленности и образовании, Выпуск 3. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2008, с. 85-90.

13. Куликов A.B., Вавилов А.Ю., Коновалов Е.А. Оптимизационный подход уточнения давности наступления смерти в судебно-медицинской практике // Проблемы экспертизы в медицине. - Ижевск, 2009, №1(33). С. 9-11.

14. Калугин И.Е., Коновалов Е.А., Сяктерева В.В., Куликов В.А. Исследование алгоритма учета саморазогрева термопреобразователей сопротивления измерительным током // Информац. технологии в промышленности и образовании: сборник трудов науч.-техн. конф. факультета «Информатика и вычислительная техника», посвященной 50-летию кафедры «Вычислительная техника» ИжГТУ (25 апреля 2009 г.) / науч. ред. Ю.В. Веркиенко. Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2009. - С. 270-277.

15. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2010615565 от 30.08.2010 / Программа управления измерениями температуры и времени охлаждения объекта / Е.А. Коновалов, В.А. Куликов; Опубл. - 30.12

2010.-Бюл. 4(73).

16. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2010145635 от 07.10.2011 / Способ определения давности наступления смерти человека. / В.А. Куликов, Е.А. Коновалов, A.IO. Вавилов, В.И. Витер, A.B. Малков.

Подписано в печать 08.02.12. Формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 8.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

61 12-5/2285

ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»

На правах рукописи

Коновалов Евгений Алексеевич

СИСТЕМА ДЛЯ ОЦЕНКИ ДАВНОСТИ НАСТУПЛЕНИЯ СМЕРТИ ЧЕЛОВЕКА

Специальность:

05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор Куликов В.А.

Ижевск-2012

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр. 7

ГЛАВА 1 - МОДЕЛИ ОСТЫВАНИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА 17 В ПОСМЕРТНОМ ПЕРИОДЕ И СРЕДСТВА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ДАВНОСТИ НАСТУПЛЕНИЯ СМЕРТИ...................................

1.1- Классификация и сравнительная оценка моделей остывания тела 17

и алгоритмов расчета давности наступления смерти........................

1.1.1- Модели с жестко заданными параметрами........................................................18

1.1.1.1- Линейная модель......................................................................................................................18

1.1.1.2 - Параболическая модель....................................................................................................19

1.1.1.3- Логистическая модель......................................................................................................21

1.1.1.4 - Экспоненциальная модель............................................................................................21

1.1.2- Модели с параметрами, определяемыми при экспертизе 22 судебным экспертом..................................................................

1.1.2.1 - Модель Т. Marshall и F. Ноаге......................................................................................22

1.1.2.2 - Номограммы С. Henssge..................................................................................................24

1.1.2.3 - Двухслойная модель............................................................................................................28

1.1.3- Модели с параметрами, определяемыми при экспертизе 30 судебно-медицинским экспертом и специализированной

программой............................................................................

1.1.3.1 - Модель A.B. Благодатских и В.А. Куликова................................................30

1.1.3.2- Модель Е.Ф. Шведа............................................................................................................32

1.2 - Технические средства измерения давности наступления смерти 38 тепловым методом....................................................................

1.3 - Постановка цели и задач исследования....................................................................43

ГЛАВА 2 - МОДЕЛЬ РЕГУЛЯРНОГО РЕЖИМА ТЕПЛООБМЕНА ТЕЛА С УЧЕТОМ ИРРЕГУЛЯРНОЙ СТАДИИ

2.1 - Модель регулярного режима теплообмена тела........................

45 45

2.2 - Исследование влияния иррегулярной стадии теплообмена

на погрешность определения давности наступления смерти...............

2.3 - Разработка моделей эталонного температурного тренда тела 54 в посмертном периоде...............................................................

2.3.1 - Математическая модель на основе аналитического решения 55 тепловой задачи.....................................................................

2.3.2 - Модель на основе электротепловой аналогии........................ 61

2.4 - Исследование моделей регулярного режима теплообмена 71 с уточнением иррегулярной стадии на эталонных температурных

трендах .................................................................................

Выводы по главе 2................................................................... 77

ГЛАВА 3 - ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ИСТОЧНИКОВ 79 ПОГРЕШНОСТИ НА ТОЧНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВНОСТИ НАСТУПЛЕНИЯ СМЕРТИ И АЛГОРИТМ ОПТИМИЗАЦИИ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА....................................

3.1- Влияние погрешностей определения параметров объекта 79 и установки первичного преобразователя температуры

на значение давности наступления смерти.....................................

3.2- Обоснование выбора алгоритма оптимизации параметров объекта 88

3.3 - Проверка модели остывания тела и алгоритма расчета давности 93 наступления смерти с оптимизацией одиночных параметров объекта...

3.4 - Применение многопараметрической оптимизации при расчете 100 давности наступления смерти методом регулярного режима теплообмена ...........................................................................

3.5 - Оценка эффективности применения оптимизационного подхода 101 при расчете давности наступления смерти в условиях суточного

колебания температуры внешней среды........................................

Выводы по главе 3..................................................................... 106

ГЛАВА 4 - МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ 109 ИЗМЕРЕНИЯ ДАВНОСТИ НАСТУПЛЕНИЯ СМЕРТИ

ПО МЕТОДУ РЕГУЛЯРНОГО ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА.............

4.1 - Обоснование требований к прибору..............................................................................109

4.2 - Разработка структурной схемы устройства............................................................111

4.3 - Выбор типа первичного преобразователя температуры..............................114

4.4 - Схемотехническая разработка измерительного канала прибора .... 117

4.5 - Градуировка канала измерения температуры......................................................131

4.5.1 - Градуировка по двум точкам..........................................................................................131

4.5.2 - Градуировка по одной точке..........................................................................................133

4.6 - Порядок работы с устройством..........................................................................................135

4.7 - Экспериментальные исследования прибора при определении 139 давности наступления смерти.....................................................

4.7.1 - Проверка стабильности показаний устройства..............................................139

4.7.2 - Проверка методики определения давности наступления смерти 141 при расчете времени остывания физической модели объекта судебно-медицинской экспертизы................................................

4.7.3 - Оценка эффективности применения модифицированной 144 методики определение давности наступления смерти при расчете времени остывания реальных объектов судебно-медицинской

экспертизы............................................................................

Выводы по главе 4......................................................................................................................................146

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................................................148

ЛИТЕРАТУРА..........................................................................................................................................150

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................................................................................160

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

ДНС - давность наступления смерти;

ЕМР - единица младшего разряда;

КПВ - коэффициент подавления влияния;

КЦ - коммутирующие цепи;

МНК - метод наименьших квадратов;

НСХ - номинальная статическая характеристика;

ПО - программное обеспечение;

1111 - промежуточный преобразователь;

СМЭ - судебно-медицинская экспертиза;

ТПС - термопреобразователь сопротивления;

ЧЭ - чувствительный элемент.

ОБОЗНАЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ ВЕЛИЧИН

Тто - начальная температура тела; Тс - температура среды;

7\ - температура объекта, замеренная в /-й момент времени;

Ат - интервал времени между измерениями температур;

хх - постоянная времени экспоненты в регулярной стадии охлаждения;

т2 - постоянная времени в нерегулярной стадии охлаждения;

К - коэффициент, учитывающий нерегулярную стадию теплообмена;

Я - радиус объекта;

- диаметр объекта; т - время;

X - теплопроводность; а - коэффициент теплоотдачи;

с - теплоемкость; р - плотность;

а - коэффициент температуропроводности;

г) - безразмерная координата, изменяющаяся от 0 до 1.

ВВЕДЕНИЕ

Одной из главных задач практической судебной медицины является максимально точное определение давности наступления смерти человека (ДНС). Основным методом при определении ДНС в первые двое суток после смерти является тепловой метод, основанный на анализе динамики посмертной температуры тела [3]. Модификации метода отличаются применяемыми тепловыми моделями остывания тела и по этой причине методиками определения ДНС.

Вопросам разработки тепловых моделей и методик определения давности наступления смерти уделено большое внимание в работах как отечественных, так и зарубежных ученых: Благодатских A.B., Ботезату Г.А., Вавилова А.Ю., Витера В.И., Кильдюшова Е.И., Куликова В.А., Новикова П.И., Рамишвили А.Д., Толстоуцкого В.Ю., Шведа Е.Ф., Щепочкина О.В., Эль-Хассана, Brinkmann В., Brown А., Fiddes F., Henssge С., Hoare F., Marshall Т. и др. Однако ни одна из существующих моделей не учитывает в полном объеме все особенности остывания объекта экспертизы, что приводит к определенной ошибке в вычислении ДНС.

Большинство моделей разработаны для стационарных внешних условий. Появляются методики, позволяющие оперативно определять значение ДНС на месте экспертизы в условиях переменной температуры внешней среды, однако для их применения требуются знания о колебаниях температуры окружающей среды за весь период остывания тела. К сожалению, на практике редко удается получить такие данные. В подобных случаях используется значение температуры среды на момент проведения экспертизы, которое может либо превышать среднюю температуру воздуха на месте происшествия, либо быть ниже ее. В первом случае это приводит к ошибочному уменьшению расчетного значения ДНС, а во втором - к ее увеличению. Проблема же по определению давности смерти при отсутствии информации об изменении температуры внешней среды по настоящее время не решена.

Еще одной причиной, ограничивающей возможность точного расчета ДНС тепловым методом, является отсутствие у исследователя знаний о значении температуры тела человека на момент его смерти. Традиционно в качестве прижизненных используются нормальные прижизненные значения температуры печени - 37,5 °С, прямой кишки - 37 °С и головного мозга - 36,7 °С [3], При отличии реальных значений температуры тела на момент смерти от указанных, получаемые результаты могут значительно отклоняться от действительного значения ДНС. Между тем, ни в одной из существующих модификаций теплового метода задача поиска ДНС при отсутствии сведений о значении температуры тела в момент смерти не решена.

В стационарных внешних условиях, которые встречаются примерно в 80 % случаев проведения судебно-медицинских экспертиз (СМЭ), процесс остывания тела содержит нерегулярную и регулярную стадии [45, 62, 63]. Первая характеризуется сильным влиянием начального состояния на температурное поле объекта. С течением времени это влияние уменьшается, и процесс теплообмена переходит в регулярную стадию, в которой закон изменения температуры приобретает простую экспоненциальную форму. Существующие методики приближенно учитывают нерегулярный этап, что так же вносит определенную погрешность в итоговое значение ДНС.

Известно, что процедура определения давности наступления смерти тепловым методом относится к области измерительной техники [2]. Следовательно, помимо тепловой модели, существует еще один инструмент, которым пользуются судмедэксперты при выполнении экспертизы - технические средства диагностики. До сих пор во многих случаях используются неэлектрические ртутные термометры, которые могут измерять температуру только в ректальной зоне с низким разрешением. В остальных случаях используются электрические портативные термометры с разрешением 0,1 К.

Таким образом, существует проблема совершенствования оперативного метода определения ДНС путем уточнения тепловой модели остывания тела и разработки специализированных средств термометрирования и расчета

ДНС, которые вместе должны составлять информационно-измерительную систему. Исследования, представленные в настоящей работе, направлены на решение этой проблемы.

В настоящей работе разработан новый способ определения давности наступления смерти, учитывающий нерегулярную стадию остывания объектов в стационарных внешних условиях, позволяющий повысить точность оперативного метода определения ДНС. Разработана методика оптимизации параметров объекта в процессе проведения экспертизы. Кроме того, в рамках этой работы разработано и исследовано микропроцессорное устройство, позволяющее оперативно выполнять термометрирование объекта с разрешением 0,004 К и вести расчет значения ДНС.

В первой главе выполнен анализ существующих тепловых моделей остывания тела человека в посмертном периоде и технических средств, применяемых при определении ДНС. Установлено, что для дальнейшего развития оперативного метода определения ДНС требуются совершенствование тепловых моделей и повышение точности средств термометрирования тела и среды.

Таким образом, целью работы является разработка метода и информационно-измерительной системы для оценки давности наступления смерти человека на месте проведения судебно-медицинской экспертизы, обеспечивающих оперативность и более высокую точность в сравнении с аналогами.

Для достижения цели поставлены задачи:

1. Разработка эталонной математической модели остывания объекта.

2. Разработка метода оценки давности наступления смерти с учетом нерегулярной стадии теплообмена.

3. Разработка компонентов метрологического обеспечения системы оценки давности наступления смерти.

4. Разработка системы для измерения давности наступления смерти.

5. Экспериментальная апробация предложенного метода и системы.

Во второй главе в качестве математической основы оперативного метода определения ДНС выбрана широко используемая в настоящее время двухслойная модель теплообмена [1]. Источниками погрешности определения ДНС по данной модели являются - неопределенность начальной температуры тела, колебания температуры среды в процессе остывания объекта и неопределенность в выборе коэффициента, учитывающего нерегулярную стадию теплообмена.

Для исследования и совершенствования двухслойной модели были получены модели для генерации эталонных температурных трендов. В качестве моделируемого объекта принята голова человека, которая в настоящее время используется в качестве диагностической зоны.

Разработана методика получения эталонного температурного тренда на основе известного точного аналитического решения тепловой задачи, где в качестве объекта для получения эталонного температурного тренда выбран шар, как аналог головы, с теплофизическими параметрами, соответствующими параметрам биологической ткани, находящийся в конвективном теплообмене с окружающей средой при равномерной начальной температуре. Методика позволяет получать точный тренд только при постоянной внешней температуре.

Предложена методика получения эталонного температурного тренда на основе метода электротепловой аналогии. При данном способе моделирования исходный объект разбивается на элементарные физические объемы. Далее элементарные объемы заменяются эквивалентными электрическими ячейками. После этого подключаются элементы, моделирующие граничные условия. Далее в среде схемотехнического моделирования генерируются временные тренды напряжений (аналогов температур). Главным преимуществом этой модели перед аналитической является возможность моделирования процессов при переменной температуре внешней среды.

Благодаря применению эталонных температурных трендов разработан новый способ оперативного определения ДНС, основанный на методике рас-

чета коэффициента, учитывающего иррегулярную стадию теплообмена тела. Впервые получено выражение для расчета коэффициента в процессе проведения экспертизы и подтверждена возможность эффективного использования двухслойной модели при известных значениях начальной температуры тела, температуры среды и значения этого коэффициента.

В третьей главе представлена оценка влияния погрешности идентификации параметров объекта на погрешность измерения давности наступления смерти, а так же изложены результаты исследований эффективности оптимизации параметров тепловой модели регулярного режима.

Определено влияние ошибок идентификации параметров объекта на результирующее значение ДНС. Установлено, что влияние погрешности идентификации начальной температуры на ошибку в определении ДНС составляет около 1 час/К. Влияние погрешности измерения температуры среды и тела с увеличением ДНС возрастает. Максимальное влияние составляет 10 час/К. Для определения ДНС с максимально допустимой погрешностью 0,5 часа, разрешающая способность измерительного устройства должна быть не хуже 0,05 К.

Определено, что погрешность установки датчика вносит ошибку в результирующее значение ДНС. Установлено, что если в качестве диагностической зоны принять интервал (-0,19^; 0,197?) относительно центра головы радиусом Я, то максимальная величина ошибки определения ДНС составит менее 0,1 часа. Таким образом, для среднего радиуса головы Я = 9 см диагностическая зона будет лежать на отрезке (-1,75см; 1,75см), а для выполнения термометрирования необходимо использовать термопреобразователи с длинной чувствительного элемента, не превышающей 35 мм.

Применение электротепловой модели позволило установить, что при охлаждении объекта в переменных внешних условиях при расчете ДНС двухслойная модель дает существенную ошибку (порядка нескольких часов). В этом случае, для учета изменения температуры среды предлагается выполнять поиск оптимальных (уточненных) значений температуры среды, началь-

ной температуры тела и коэффициента, учитывающего нерегулярную стадию теплообмена с помощью алгоритмов оптимизации.

Предполагается, что на месте проведения экспертизы расчет ДНС будет выполняться портативным устройством на базе микропроцессора с ограниченными вычислительными ресурсами. Следовате