起腳方式與趾長(zhǎng)類型相關(guān)性初探

田亞杰，胡書良，劉晉，林敏，葉方堅(jiān)，王明直

（1.中國(guó)人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100038；2.公安部物證鑒定中心，北京100038）

起腳方式與趾長(zhǎng)類型相關(guān)性初探

田亞杰1，胡書良2，劉晉2，林敏2，葉方堅(jiān)2，王明直2

（1.中國(guó)人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100038；2.公安部物證鑒定中心，北京100038）

目的探索起腳方式與拇趾二趾長(zhǎng)度比較關(guān)系的相關(guān)性。方法對(duì)236名20～40歲左右的男性無腿部疾病的健康警察正常行走時(shí)的起腳方式進(jìn)行分析，測(cè)量出其拇趾二趾長(zhǎng)度關(guān)系，利用貝葉斯概率計(jì)算出在每種行走方式中拇趾二趾長(zhǎng)度關(guān)系概率。結(jié)果當(dāng)起腳方式為偏內(nèi)起腳時(shí)，拇趾長(zhǎng)概率為94.4%；當(dāng)起腳方式為正起腳時(shí)，拇趾二趾同長(zhǎng)概率為52.7%；當(dāng)起腳方式為偏外起腳時(shí)，二趾長(zhǎng)概率為86.7%。結(jié)論起腳方式與趾長(zhǎng)類型相互聯(lián)系，相互影響，相互制約。

腳??；起腳方式；趾長(zhǎng)類型

Abstract:ObjectiveTo explore the correlation between the direction of tiptoes off the ground and the relationship of toes length.MethodDirections of tiptoes off the ground of 236 men aged 20-40 years old with no leg sickness were analyzed. The length of foot thumb and the second toe was measured.The Bayesian probability was used to calculate the probability of the relationship between the length of the toe distance in each walking mode.ResultsThe probability that the feet thumb is longer was 94.4%，when the foot raised in inner direction.The probability that the feet thumb and the second toe is of the same length was 52.7%，when the foot raised in normal direction.The probability that the second toe is longer was 86.7%，when the foot raised in outward direction.ConclusionThere is a significant correlation between the direction of tiptoes off the ground and the length of feet thumb and second toe.They affect each other.

Keywords:footprint;the direction of tiptoes off the ground;the length type of toes

腳印是指在人體結(jié)構(gòu)形態(tài)固有特性的制約下腳或腳著物與承痕體靜態(tài)或動(dòng)態(tài)接觸所遺留的痕跡，是將人體形態(tài)結(jié)構(gòu)固有特性及行走動(dòng)作習(xí)慣，以及由它們制約的直接留痕體外表形態(tài)結(jié)構(gòu)、承受客體物理性狀等信息集于一體的物質(zhì)形態(tài)[1]。在刑事案件現(xiàn)場(chǎng)中，腳印的出現(xiàn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于指紋、DNA等其他痕跡物證，而且，腳印可以提供大量的現(xiàn)場(chǎng)信息和輔助證據(jù)，這將對(duì)偵查破案和刑事訴訟起到至關(guān)重要的作用。

行走是形成腳印的最基本動(dòng)作，人的行走運(yùn)動(dòng)，是最基本的自然位移的周期性運(yùn)動(dòng)，是在神經(jīng)系統(tǒng)的支配下，因肌肉收縮和伸張而引起的骨骼的“杠桿作用”，使整個(gè)身體在四維空間中作復(fù)雜的移位運(yùn)動(dòng)。骨是人體運(yùn)動(dòng)器官的支柱，骨與骨之間以關(guān)節(jié)相連接，肌肉附于骨骼并以肌肉群的形式在人體運(yùn)動(dòng)中起協(xié)調(diào)作用。人經(jīng)過長(zhǎng)期的行走鍛煉，在大腦皮層中逐漸建立了固有的行走運(yùn)動(dòng)動(dòng)力定型。腳是形成腳印的主體，起直接作用，腳型結(jié)構(gòu)及其功能是相適應(yīng)的，一般來說，有什么類型的腳型，就應(yīng)該留下什么類型的腳印。腳型主要由骨骼決定[2]。人體的腳由肌肉、韌帶和骨骼三部分構(gòu)成，骨骼包括7塊跗骨、5塊跖骨和14塊跖骨，其中拇趾由2塊趾骨構(gòu)成，二、三、四、五趾各由3塊趾骨構(gòu)成，腳印不僅反映著腳型，還反映著人的行走運(yùn)動(dòng)特征。趾作為起腳過程中的最后支撐部位，在起腳過程中的最后一瞬間，趾以鞋作為襯墊通過碾動(dòng)形成一定的起腳部位特征，由于每個(gè)人趾長(zhǎng)關(guān)系的特定性與穩(wěn)定性，在一定條件下，導(dǎo)致了個(gè)人起腳瞬間蹬離地面的方向不同。

起腳方式是行走運(yùn)動(dòng)過程中的一個(gè)穩(wěn)定的關(guān)鍵步態(tài)特征，在腳印分析鑒定中起著重要的作用。本文通過統(tǒng)計(jì)起腳方式、拇趾二趾間長(zhǎng)度關(guān)系，初步探索了起腳方式與趾長(zhǎng)關(guān)系間的相關(guān)性，并就起腳方式相關(guān)隨機(jī)影響因素進(jìn)行了討論，為起腳方式的分析提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 器材

相機(jī)（SONY NEX-7），UV-F3疑難足跡掃描儀（北京和眾視野有限公司），油墨捺印紙，A3紙，直尺，量角器等。

1.2 對(duì)象

隨機(jī)選取全國(guó)各地20～40歲，身體健康狀況良好，腿部和腳部無潛在疾病的236名男性公安民警作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

1.3 樣本制作

將成趟腳印捺印紙鋪在水平地面上，油墨分別均勻的涂附在鞋底和赤腳上，使實(shí)驗(yàn)者處于精神放松狀態(tài)，令實(shí)驗(yàn)者穿鞋和赤腳以正常姿勢(shì)、正常速度行走通過。作出成趟腳印步行線，剔除因環(huán)境等因素表現(xiàn)出不穩(wěn)定步法特征的腳印樣本，依次拍照提取步態(tài)特征穩(wěn)定的、連續(xù)的6～8枚穿鞋腳印和赤腳腳印作為分析對(duì)象；以同樣的方式在水平地面上做成趟灰塵穿鞋腳印和赤腳腳印，用UV-F3疑難足跡掃描儀掃描提取。

1.4 起腳方式判定

起腳痕跡指在起腳階段腳離開地面時(shí)，腳趾區(qū)在力的作用下在承痕體上留下的痕跡。一般情況下，在起腳過程中，鞋尖通過滾動(dòng)碾壓，在地面等客體上留下近似半圓弧形痕跡，稱為起腳位置，故起腳部位特征一般呈半月狀幾何圖形。在分析起腳方式時(shí)，首先作出腳印中心線AB，然后確定起腳位置的兩個(gè)端點(diǎn)C、D兩點(diǎn)（圖1），連接C、D兩點(diǎn)，與腳印中心線AB交于點(diǎn)O，測(cè)量∠AOC即為起腳角度。當(dāng)∠AOC>95°時(shí)，為偏內(nèi)起腳；當(dāng)85°≤∠AOC≤95°時(shí)，為正起腳；當(dāng)∠AOC<85°時(shí)，為偏外起腳（圖1～3）。

圖1 偏內(nèi)起腳

圖2 正起腳

圖3 偏外起腳

1.5 趾長(zhǎng)

赤腳腳印不但能反映趾形態(tài)，也能反映趾的長(zhǎng)度特征。腳趾不同于手指的長(zhǎng)度分布具有規(guī)范性，拇趾二趾長(zhǎng)度關(guān)系有3種，一是拇趾長(zhǎng)（腳型反映為拇趾長(zhǎng)型），二是二趾長(zhǎng)（腳型反映為二趾長(zhǎng)型），三是拇趾、二趾同長(zhǎng)（腳型反映為拇趾二趾同長(zhǎng)型）（圖4～6）。

圖4 拇趾長(zhǎng)型

圖5 二趾長(zhǎng)型

圖6 拇趾、二趾同長(zhǎng)型

2 統(tǒng)計(jì)及分析

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量，統(tǒng)計(jì)出在選取的236名實(shí)驗(yàn)對(duì)象中，偏內(nèi)起腳90人，正起腳131人，偏外起腳15人。其中，偏內(nèi)起腳中，拇趾長(zhǎng)、二趾長(zhǎng)、拇趾二趾同長(zhǎng)分別為85、4、1人；正起腳中，拇趾長(zhǎng)、二趾長(zhǎng)、拇趾二趾同長(zhǎng)分別為28、34、69人；偏外起腳中拇趾長(zhǎng)、二趾長(zhǎng)、拇趾二趾同長(zhǎng)分別為1、13、1人（表1）。

表1 腳型與起腳方式統(tǒng)計(jì)（n=236）

2.2 數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，利用貝葉斯概率方法（貝葉斯概率引入先驗(yàn)知識(shí)和邏輯推理來處理不確定命題）對(duì)每一種起腳方式中拇趾、二趾的長(zhǎng)度關(guān)系出現(xiàn)的概率進(jìn)行計(jì)算。貝葉斯決策理論的核心思想，就是選擇具有最高概率的決策，即：

如果P1（x，y）>P2（x，y），那么屬于類別1（表2）。

如果P2（x，y）>P1（x，y），那么屬于類別2（表3）。

具體計(jì)算方法如下：

表2 起腳方式與趾長(zhǎng)關(guān)系概率分布

表3 趾長(zhǎng)關(guān)系與起腳方式

結(jié)合以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得出以下結(jié)果：

（1）分別統(tǒng)計(jì)出偏內(nèi)起腳、正起腳和偏外起腳的概率（圖7），統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，起腳方式統(tǒng)計(jì)結(jié)果與相關(guān)研究相符，即男性多為偏內(nèi)起腳和正起腳[3]；趾長(zhǎng)關(guān)系中，拇趾長(zhǎng)型占較大比例，二趾長(zhǎng)型與拇趾二趾同長(zhǎng)型無顯著差別（圖8）。

圖7 起腳方式概率分布圖

圖8 趾長(zhǎng)關(guān)系概率分布圖

（2）分別統(tǒng)計(jì)每種起腳方式中各趾長(zhǎng)類型所占概率，統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖9），具體為：當(dāng)起腳方式為偏內(nèi)起腳時(shí)，拇趾長(zhǎng)型概率為94.4%，二趾長(zhǎng)型概率為4.4%，拇趾二趾同長(zhǎng)型概率為1.2%；當(dāng)起腳方式為正起腳時(shí)，拇趾長(zhǎng)型概率為21.3%，二趾長(zhǎng)型概率為26.0%，拇趾二趾同長(zhǎng)型概率為52.7%；當(dāng)起腳方式為偏外起腳時(shí)，拇趾長(zhǎng)型概率為6.6%，二趾長(zhǎng)型概率為86.7%，拇趾二趾同長(zhǎng)型概率為6.7%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果說明，起腳方式與趾長(zhǎng)類型顯著相關(guān)，偏內(nèi)起腳時(shí)，腳型多為拇趾長(zhǎng)型；正起腳時(shí)，腳型多為拇趾二趾同長(zhǎng)型；偏外起腳時(shí)，腳型多為二趾長(zhǎng)型。

圖9 特定起腳方式—趾長(zhǎng)關(guān)系概率圖

（3）分別統(tǒng)計(jì)每種趾長(zhǎng)類型中反映出的起腳方式概率，統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖10），具體為：拇趾長(zhǎng)型中，偏內(nèi)起腳、正起腳、偏外起腳概率分別為74.6%、26.6%、0.8%；二趾長(zhǎng)型中，偏內(nèi)起腳、正起腳、偏外起腳概率分別為7.8%、66.7%、25.5%；拇趾二趾同長(zhǎng)型中，偏內(nèi)起腳、正起腳、偏外起腳概率分別為1.4%、97.2%、1.4%。結(jié)果表明，趾長(zhǎng)類型對(duì)起腳方式有一定的影響，趾長(zhǎng)類型與起腳方式趨于一致。腳型為拇趾長(zhǎng)型時(shí)，起腳方式多為偏內(nèi)起腳；腳型反映為二趾長(zhǎng)型和拇趾二趾同長(zhǎng)型時(shí)，起腳方式更偏于正起腳。

圖10 特定趾長(zhǎng)關(guān)系—起腳方式概率圖

2.3 誤差來源

（1）本次實(shí)驗(yàn)對(duì)象均來自于20～40歲的青壯年在職民警，無腿部腳部疾病，長(zhǎng)期進(jìn)行值勤、站崗等正規(guī)訓(xùn)練，走路姿勢(shì)正常，以致判斷起腳方式時(shí)忽略了由于地域以及后天鍛煉而表現(xiàn)出的行走習(xí)慣特定性。

（2）起腳方式的判定誤差。樣本腳印采取后，以5°差作為判定依據(jù)，人為的對(duì)樣本腳印起腳角度的測(cè)量和起腳痕跡的標(biāo)劃會(huì)有一定的操作誤差。

（3）樣本數(shù)量的有限性。本實(shí)驗(yàn)采用概率統(tǒng)計(jì)的方法初步分析了起腳方式與趾長(zhǎng)度之間的關(guān)系，要求足夠的樣本量，本次收集236枚樣本，故在接下來的研究中，需進(jìn)一步增加樣本數(shù)量，以減小統(tǒng)計(jì)上的實(shí)驗(yàn)誤差。

3 討論

每個(gè)人的邁步動(dòng)作、行走習(xí)慣受其身體的生理結(jié)構(gòu)和生活環(huán)境等自然條件的影響，形成了具有個(gè)人特點(diǎn)的行走習(xí)慣動(dòng)作。但是，因受客觀和主觀因素的影響，在正常行走的基礎(chǔ)上，個(gè)人步法特征往往發(fā)生一定的改變，因此，在分析現(xiàn)場(chǎng)腳印時(shí)，還應(yīng)考慮以下幾方面。

3.1 鞋的合腳度

人體腳是支撐人體的底墊，是行走的工具，穿鞋腳印是人體腳型通過穿用的鞋間接留下的痕跡，是腳型的襯托。在本次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)對(duì)象都著日常穿用鞋，因此認(rèn)為鞋與腳是相適應(yīng)的。

體育運(yùn)動(dòng)學(xué)以及康復(fù)醫(yī)療學(xué)等相關(guān)研究表明，在起腳過程中，穿不同剛度鞋，跖趾部位能量變化以及跖趾關(guān)節(jié)彎曲度有所改變。在運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)趾區(qū)受到鞋等因素的約束時(shí)，但為了保持其運(yùn)動(dòng)過程的相對(duì)平衡性，其功能將由身體軀干、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)等共同協(xié)調(diào)補(bǔ)償來完成[4]，[5]。因此，當(dāng)鞋與腳的擬合度不高時(shí)，在起腳過程中所反映出的步態(tài)特征將有所變化。在預(yù)實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)同一人穿不合腳的鞋行走時(shí)，所反映出的起腳痕跡產(chǎn)生了明顯的改變（圖11）。因此，在分析現(xiàn)場(chǎng)穿鞋腳印時(shí)，應(yīng)仔細(xì)辨別因鞋的合腳度（包括鞋底軟硬度等）造成的起腳假痕跡，以做到對(duì)起腳位置和起腳方式的準(zhǔn)確判斷。

圖11 鞋的合腳度對(duì)起腳特征判斷的影響反映

3.2 腳印遺留人的心理狀態(tài)

人的一切活動(dòng)都是在大腦支配下進(jìn)行的。作案人在作案前、作案中以及作案后，其行動(dòng)均受心理狀態(tài)所支配，在作案的全過程中，其心理變化較復(fù)雜，隨著心理的不斷變化，其行走習(xí)慣必然出現(xiàn)相應(yīng)的變化[6]。特別是如今犯罪分子反偵查意識(shí)越來越強(qiáng)，為逃避法律制裁，會(huì)有意識(shí)的改變其行走方式，使現(xiàn)場(chǎng)腳印特征反映與其正常行走腳印特征發(fā)生偏差。

3.3 腳印遺留人的生理特定性

本次以青壯年男性為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在實(shí)戰(zhàn)中往往也出現(xiàn)女性以及中老年人犯罪。由于男女骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理機(jī)能存在著顯著性差別，以及社會(huì)生活條件的差異等因素的影響，形成了不同的行走習(xí)慣動(dòng)作；從生理角度上講，40～65歲作為漸衰期，運(yùn)動(dòng)器官的生理及其功能逐漸發(fā)生退行性變化，跖趾重力支撐部位逐漸改變，導(dǎo)致行走步法特征發(fā)生變化。因此，在分析腳型與起腳方式的相關(guān)性時(shí)應(yīng)綜合考慮因性別和年齡等生理上的特定性而造成的特有的步法特征。

4 結(jié)論

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，得出以下結(jié)論：起腳方式與趾長(zhǎng)類型之間是相互聯(lián)系、相互影響的。整體來講，一定的趾長(zhǎng)類型會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的起腳方式，一定的起腳方式對(duì)應(yīng)特定的趾長(zhǎng)類型。具體為：當(dāng)拇趾長(zhǎng)時(shí)，起腳方式更趨于偏內(nèi)起腳；當(dāng)二趾長(zhǎng)或拇趾二趾同長(zhǎng)時(shí)，更趨于正起腳；當(dāng)起腳方式反映為偏內(nèi)起腳時(shí)，腳型多為拇趾長(zhǎng)型；當(dāng)起腳方式反映為正起腳時(shí)，腳型多為拇趾二趾同長(zhǎng)型；當(dāng)起腳方式反映為偏外起腳時(shí)，腳型多為二趾長(zhǎng)型。

在研究腳印時(shí)，腳雖是著眼點(diǎn)，但人體是一個(gè)統(tǒng)一的整體，人體的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理機(jī)能是整個(gè)人體內(nèi)相互聯(lián)系、相互制約的兩個(gè)方面。腳印是一定條件下的產(chǎn)物，當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，其形成的腳印形態(tài)及其習(xí)慣痕跡特征必然會(huì)發(fā)生一定的變化，由于使腳印形態(tài)及其習(xí)慣痕跡特征變化的條件、因素是多方面和復(fù)雜的。因此，在分析起腳方式時(shí)，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)腳印中起腳部位力的感應(yīng)以及趾部壓力面等相關(guān)信息綜合分析，抓住腳印本質(zhì)特征。

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（本文編輯：孫年峰）

The Research of the Correlation between the Direction of Tiptoes off the Ground and Toes Length

TIAN Ya-jie1，HU Shu-liang2，LIU Jin2，LIN Min2，YE Fang-jian2，WANG Ming-zhi2
（1.School of Criminal Science and Technology，People's Public Security University of China，Beijing 100038，China; 2.Institute of Forensic Science，Ministry of Public Security，Beijing 10038，China）

DF794.1

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2017.05.011

1671-2072-（2017）05-0063-05

2017-04-26

田亞杰（1992—），男，碩士研究生，主要從事痕跡檢驗(yàn)技術(shù)研究。E-mail:977960287@qq.com。