那李伟走后，孙晓究竟对琳琳做了什么？由于缺乏其他证人证言，张李丽只好想别的办法追寻事实真相。
她首先想到的是那份尸检报告。她一字一句仔细研读了这份由石景山区公安司法鉴定中心出具的尸检报告，报告的主要结论有二：
第一，
琳琳全身可见广泛分布的皮下出血，且新旧程度不一，符合被钝性外力多次作用所致；
第二，
躯干部受外力造成肺出血导致呼吸衰竭死亡。
也就是说，琳琳在生前曾多次遭受暴力打掐，而最终死亡原因是肺部破裂导致呼吸停止。这也就推翻了其父母所述的“自己摔倒后头部着地死亡”的供述。
张李丽又来到北京市人民检察院法医办公室，资深法医团队经过仔细研究论证，虽然无法明确琳琳身上的30处伤痕分别是因何原因产生，但确认不符合自己摔跌、磕碰形成的特点（如大腿内侧、耳后等淤青），而肺部破裂出血系暴力直接作用所致。同时，法医还对琳琳脑部的伤进行了分析，表示如果脑部遭遇严重碰撞致死，必会形成“脑疝”，但琳琳脑部只是鼓起了一个直径约3厘米的小包，绝非致命伤。
为保险起见，张李丽还邀请到北京儿童医院的儿科专家进行伤情论证，专家认为，对于幼儿来说，成人击打其胸背部时，体表不一定有明显损伤，但暴力导致的震荡可以引发肺部弥漫性出血，并且幼儿的剧烈啼哭会导致呼吸循环变快，加剧出血症状。
就这样逐一排除其他致死原因的合理怀疑后，张李丽确定，琳琳死亡的原因与其父母虐待行为直接相关。
下一步，张李丽需要确定谁是真凶。
综合父母双方及多位亲属、邻居的证言，张李丽首先排除了琳琳奶奶等亲属的可能，即琳琳被父母接回家之前身体健康。同时确定，父亲李伟与琳琳之间关系一直较好，而母亲孙晓则对琳琳极度缺乏耐心，时常打、掐孩子。因此，母亲因以虐待罪提起公诉。
那父亲是否该归为从犯？为了解决这个问题，张李丽通过联络李伟的公司，获得了李伟的工作日程表。日程表显示，李伟系中班司机，每天下午2点到晚上12点上班，上三休一。
也就是说，每天上午的时间，理论上李伟在家，且李伟自己承认，因为琳琳不好好吃饭等原因，曾多次看到孙晓掌掴、用手指戳琳琳，也见到过琳琳身上的伤痕，只是没有引起足够的重视。
鉴于此，经过与高校刑法学教授等多方探讨，在查阅大量相关司法资料后，张李丽确定，父亲作为共同居住的法定监护人，明知其他监护人对被害人有虐待行为，却未制止且未采取措施履行对被害人的法定保护义务，应定为从犯。
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2017年12月26日，法院开庭当天，张李丽请来了出具鉴定书的法医。
法官：“孩子是怎么死的？”
孙晓：“孩子洗澡时脚底一滑意外摔倒死的。”
法官：“滑倒后你做了什么？”
孙晓：“她爸爸抱起来哄了哄，看她不哭之后就放床上让她睡觉了。”
法官：“法医，摔跌的强震能否造成肺部破裂？”
法医：“不会，除非高处跌落和交通肇事。”
法官：“还有什么原因可能造成肺部破裂？”
法医：“外力猛烈撞击。”
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