表皮更替時(shí)間內(nèi)指紋汗孔大小變化規(guī)律

梁 娜，王有民，曹吉明

（陜西警官職業(yè)學(xué)院信息技術(shù)系，西安 710021）

指紋汗孔為人體小汗腺在表皮上的漏斗狀開口，孔徑微小，幾乎全部分布在指紋乳突紋線上。研究表明，成年人每毫米的乳突紋線上分布約3 ～ 5個(gè)汗孔[1]。汗孔的形態(tài)、大小、位置等核心特征與指紋的檢驗(yàn)鑒定密切相關(guān)，并在留痕條件差、顯現(xiàn)效果不佳或者殘缺、模糊等現(xiàn)場指紋鑒定案件中發(fā)揮著重要作用，更在留痕面積小、無細(xì)節(jié)特征的指紋中具有極高的鑒定價(jià)值[2]。隨著年齡的增大，手指表皮的新陳代謝以及生活環(huán)境的變化，指紋汗孔相關(guān)特征是否存在變化，特別是表皮更替時(shí)間內(nèi)汗孔大小如何變化，目前鮮有研究。為明晰這一生物學(xué)變化特點(diǎn)，有必要在表皮更替時(shí)間內(nèi)通過捺印、觀察、標(biāo)記、測量和分析，探究指紋汗孔的大小變化規(guī)律，為指紋三級(jí)特征的研究與鑒定實(shí)踐提供基礎(chǔ)理論支持。

手指指腹上的汗孔基本都分布在乳突紋線上，乳突紋線又會(huì)因摩擦、受傷等外界因素和角質(zhì)層脫落等皮膚自然代謝而發(fā)生變化[3]。皮膚新陳代謝過程中，人體皮膚表皮角質(zhì)層細(xì)胞不斷脫落，基底層細(xì)胞通過增殖、變化不斷移至角質(zhì)層進(jìn)行置換補(bǔ)充，使表皮維持一定厚度，這一新陳代謝的周期為28 d[4]。 指紋三級(jí)特征研究中，無論采用怎樣的圖像處理技術(shù)，三級(jí)特征分析比較的前提就是原始指印本身能夠反映出三級(jí)特征[5]，本研究采用了油墨捺印方法顯現(xiàn)指紋汗孔三級(jí)特征，這種方法也是目前我國司法實(shí)踐中提取樣本指印的主要方法。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料

基恩士超景深數(shù)碼顯微鏡（KEYENCE VHX-7000）；ZHY-V型高分子掌紋捺印盒及配套油墨；美國柯達(dá)Kodak標(biāo)準(zhǔn)型高光面相紙（5寸/3R，89 mm × 127 mm）；海爾便攜精準(zhǔn)電子秤（量程：0 ～ 3 kg，精度：1 g）。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣本

選擇年齡在18 ～ 22歲男女青年各10名作為捺印人員，要求手指皮膚飽滿、無外傷，適于捺印，分別編號(hào)為男1號(hào)、男2號(hào)……男10號(hào)；女1號(hào)、女2號(hào)……女10號(hào)。

固定每個(gè)捺印人員右手食指為捺印手指，并以右手食指上一個(gè)二級(jí)特征（細(xì)節(jié)特征）作為定位基準(zhǔn)點(diǎn)，選取一明顯清晰汗孔作為待測標(biāo)記汗孔，固定采集該汗孔。連續(xù)30 d為一個(gè)捺印周期，每兩天捺印一次，在200倍高倍率數(shù)碼顯微鏡下拍照、標(biāo)記待測汗孔，測量該汗孔直徑的大小。

1.3 實(shí)驗(yàn)條件

在2020年9月11日至10月12日期間，選取標(biāo)準(zhǔn)指紋實(shí)驗(yàn)室一間，每次實(shí)驗(yàn)前0.5 h調(diào)整室內(nèi)溫度至（23 ± 2）℃，控制室內(nèi)濕度至（50 ± 5）%RH，保持實(shí)驗(yàn)條件的恒定，保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境的統(tǒng) 一性[6]。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 確定油墨捺印的力度

為了獲得理想的指紋汗孔觀察效果，首先進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備兩個(gè)便攜精準(zhǔn)電子秤，分別將捺印盒及相紙放置其上使刻度歸零。做好捺印人員的手指清潔，讓捺印人員以一定壓力蘸取油墨，之后在相紙上完成捺印，記錄蘸取油墨和在相紙上捺印得到清晰指印所需要的壓力數(shù)值。在數(shù)碼顯微鏡下放大200倍，觀察汗孔是否清晰完整，如果沒有獲得預(yù)期效果，調(diào)整壓力參數(shù)直至獲得滿意效果，得到每個(gè)捺印人員合適的蘸取油墨和捺印所需壓力數(shù)值范圍。由于手指表皮狀況不同，乳突紋線粗細(xì)、深淺不一，所以每個(gè)捺印人員確定的壓力數(shù)值范圍也不盡相同，但是所有捺印人員蘸取油墨壓力值基本保持在80 ～ 100 N，捺印壓力值基本保持在180 ～ 200 N之間。

1.4.2 采集指紋樣本、標(biāo)記指紋汗孔

固定下午16時(shí)至20時(shí)為收集樣本時(shí)間，提前0.5 h調(diào)整室內(nèi)溫度、濕度，做好捺印人員的手指清潔。按照預(yù)實(shí)驗(yàn)所確定的壓力數(shù)值，取得每個(gè)捺印人員當(dāng)天的樣本，通過數(shù)碼顯微鏡拍照、標(biāo)記、保存。在手指表皮更替周期30 d內(nèi)，每兩天收集一次樣本。實(shí)驗(yàn)結(jié)束可獲得每個(gè)捺印人員15個(gè)樣本，分別編號(hào)為男1號(hào)Y1 ～ 15、男2號(hào)Y1 ～ 15……男10號(hào)Y1 ～ 15；女1號(hào)Y1 ～ 15、女2號(hào)Y1 ～ 15……女10號(hào)Y1 ～ 15。

1.4.3 確定指紋汗孔大小測量方法

在超景深數(shù)碼顯微鏡200倍的放大倍率下，對油墨捺印的指紋樣本拍照，利用數(shù)碼顯微鏡的“輪廓測量”功能，在照片中觀察、測量、記錄收集到的300個(gè)指紋汗孔樣本。數(shù)碼顯微鏡下，指紋汗孔形狀均顯示為類圓形（圖1）。

針對指紋汗孔類圓形特點(diǎn)，測量過程中分別測量類圓形汗孔長軸和短軸數(shù)值。測量發(fā)現(xiàn)，各樣本指紋汗孔長軸、短軸數(shù)值存在一定差異，因此，本文中取其平均值作為汗孔直徑，并以此表示該汗孔的大小，取得所有指紋汗孔的大小數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 測量結(jié)果

本文中未對20名捺印人員樣本數(shù)據(jù)一一列舉，僅羅列出有分析價(jià)值的男3號(hào)、男5號(hào)、男7號(hào)、女1號(hào)、女2號(hào)、女8號(hào)共6名捺印人員的樣本數(shù)據(jù)（表1）。從表中可以看出，男3號(hào)出現(xiàn)了男性指紋汗孔長軸最大值130 μm，男5號(hào)出現(xiàn)了短軸最小值19 μm；女8號(hào)出現(xiàn)了女性指紋汗孔長軸最大值113 μm，女2號(hào)出現(xiàn)了短軸最小值26 μm。其他捺印人員樣本數(shù)值均在此范圍內(nèi)變化。

表1 指紋汗孔長軸、短軸長度數(shù)據(jù)（μm）Table 1 Size data of fingerprint-housing sweat pores on the long- and short-axis (μm)

每個(gè)指紋汗孔取長軸、短軸的平均值作為該汗孔的直徑大?。ū?）。

表2 汗孔直徑數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（μm）Table 2 Statistics of sweat pores’ diameters (μm)

從表中可看出：

1）男3號(hào)出現(xiàn)了男性指紋汗孔直徑最大值116.5 μm，男5號(hào)出現(xiàn)了最小值29.5 μm；女1號(hào)出現(xiàn)了女性指紋汗孔直徑最大值93.5 μm，女2號(hào)出現(xiàn)了最小值29.5 μm。

2）每個(gè)捺印人員15個(gè)樣本取平均值，男性平均值最大為男7號(hào)80.3 μm，最小為男5號(hào)62.3 μm；女性平均值最大為女8號(hào)64 μm，最小為女2號(hào)52 μm。

3）每個(gè)捺印人員15個(gè)樣本的極差，男性極差最大值為男7號(hào)80.5 μm，最小值為男5號(hào)68.5 μm；女性極差最大值為女1號(hào)58.5 μm，最小值為女2號(hào)45 μm。

2.2 數(shù)值分析

2.2.1 指紋汗孔大小分布規(guī)律

2016年，有學(xué)者通過研究提出直徑在50 ～ 100 μm的為小孔型汗孔，直徑在100 ～ 200 μm的為中孔型汗孔，直徑在200 ～ 250 μm的為大孔型汗孔[7]，此分類方法目前在指紋汗孔大小分類中被普遍使用。

本次實(shí)驗(yàn)300個(gè)樣本中，指紋汗孔直徑在50 μm以下的79個(gè)，指紋汗孔直徑介于50 ～ 100 μm之間的211個(gè)，指紋汗孔直徑介于100 ～ 200 μm之間的10個(gè)，指紋汗孔直徑在200 μm以上的沒有出現(xiàn)。數(shù)據(jù)顯示，絕大多數(shù)指紋汗孔直徑分布在50 ～ 100 μm之間，也就是通常所說的小型汗孔；指紋汗孔直徑介于100 ～ 200 μm之間的中型汗孔占比很少；指紋汗孔直徑在200 μm以上的大型汗孔沒有出現(xiàn)；而以往指紋研究中認(rèn)為極少出現(xiàn)[7]，可能是油墨捺印中油墨過多偶發(fā)性出現(xiàn)的50 μm以下的汗孔，在本次實(shí)驗(yàn)中卻占到了約26%。

2.2.2 同一指紋汗孔大小類型變化

表皮更替時(shí)間內(nèi)，同一捺印人員同一指紋汗孔大小會(huì)在50 μm以下、50～100 μm之間、100 μm以上變動(dòng)。男3號(hào)的15個(gè)捺印樣本中，Y1、Y2、Y4汗孔大小在100 μm以上，Y3、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9、Y10、Y11、Y13、Y14汗孔大小在50 ～ 100 μm之間，Y12、Y15汗孔大小在50 μm以下。據(jù)此，表皮更替時(shí)間內(nèi)，同一汗孔大小會(huì)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行變化，橫跨相關(guān)研究汗孔大小分型類別，此前文獻(xiàn)有關(guān)指紋汗孔大小分型的研究結(jié)果有待進(jìn)一步商榷。

2.2.3 指紋汗孔大小與性別的關(guān)系

指紋汗孔大小與性別有關(guān)，男性汗孔普遍大于女性汗孔。300個(gè)捺印樣本中，10個(gè)直徑在100 μm以上的指紋汗孔中男性有8個(gè)，占比80%；211個(gè)直徑介于50 ～ 100 μm之間的指紋汗孔中男性有125個(gè)，占比59%；79個(gè)直徑在50 μm以下的指紋汗孔中男性有17個(gè)，占比22%。同時(shí)，指紋汗孔直徑平均值也體現(xiàn)出了性別差異，表皮更替時(shí)間內(nèi)，男性指紋汗孔直徑平均值在62.3 ～ 80.3 μm之間變動(dòng)，女性平均值在52 ～ 64 μm之間變動(dòng)。

2.2.4 指紋汗孔直徑變化幅度分析

表皮更替時(shí)間內(nèi)，每個(gè)捺印人員的指紋汗孔大小并非恒定不變，變化的范圍因人而異。選定的6個(gè)捺印人員樣本中，指紋汗孔大小變化范圍分別為：男3號(hào)40 ～ 116.5 μm，男5號(hào)29.5 ～ 98 μm，男7號(hào)34.5 ～ 115 μm；女1號(hào)35 ～ 93.5 μm，女2號(hào)29.5 ～ 74.5 μm，女8號(hào)41.5 ～ 89.5 μm。極差分別為：男3號(hào)76.5 μm，男5號(hào)68.5 μm，男7號(hào)80.5 μm，女1號(hào)58.5 μm，女2號(hào)45 μm，女8號(hào)48 μm。

研究表明，男性指紋汗孔大小數(shù)值變化幅度大于女性，男性指紋汗孔大小的變化幅度在68.5 μm以上，女性指紋汗孔大小的變化幅度在58.5 μm以下（圖2、圖3）。

2.3 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性分析

2.3.1 捺印方法對測量數(shù)據(jù)的影響

為了驗(yàn)證測量數(shù)據(jù)是否會(huì)受到蘸取油墨量、捺印力度、承受客體等捺印條件的影響，用變異系數(shù)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。變異系數(shù)是衡量數(shù)據(jù)中各觀測值變異程度的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，可以反映數(shù)據(jù)的離散程度。實(shí)驗(yàn)中，變異系數(shù)越小，指紋汗孔大小變化越穩(wěn)定；變異系數(shù)越大，指紋汗孔大小變化越不穩(wěn)定。變異系數(shù)在不同領(lǐng)域?qū)Y(jié)果的評判標(biāo)準(zhǔn)并不相同，通常情況下變異系數(shù)小于15%說明數(shù)據(jù)穩(wěn)定[8]。變異系數(shù)的計(jì)算公式為:變異系數(shù)(CV)＝標(biāo)準(zhǔn)差(SD)／平均值(Mean)×100%。用以上方法求得的數(shù)值見表3。

表3中，指紋汗孔大小在指腹表皮更替時(shí)間內(nèi)變異系數(shù)均超過了15%，指紋汗孔大小變化明顯，排除因油墨捺印不當(dāng)造成數(shù)據(jù)的細(xì)微差異，應(yīng)是指紋汗孔實(shí)質(zhì)性的大小變化。

表3 汗孔大小變異系數(shù)參考表Table 3 Reference coefficients of variation of sweat pores’ sizes

2.3.2 指紋汗孔在乳突紋線上位置的影響

關(guān)于指紋汗孔在乳突紋線上的位置關(guān)系，學(xué)界大致有三種描述：

1）指紋汗孔位于紋線中間。

2）指紋汗孔位于紋線內(nèi)側(cè)邊緣。

3）指紋汗孔位于紋線外側(cè)邊緣。

研究表明，這種位置關(guān)系是不穩(wěn)定的，隨著表皮新陳代謝的進(jìn)行，指紋汗孔位置也會(huì)改變，捺印狀態(tài)下會(huì)表現(xiàn)為兩種指紋汗孔狀態(tài)：開放型指紋汗孔和閉合型指紋汗孔（圖4），該研究成果在其他文獻(xiàn)中有論述[9]，此處不再贅述。同一汗孔因所處開放型和閉合型兩種不同狀態(tài)，測量時(shí)會(huì)有偏差，影響最后的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

3 結(jié)論

男性指紋汗孔大小普遍大于女性；汗孔大小因表皮更替而呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)的變化過程，變化幅度因人而異，男性指紋汗孔變化幅度普遍大于女性；本次實(shí)驗(yàn)300份樣本中汗孔大小在29.5 ～ 116.5 μm之間進(jìn)行變化，橫跨相關(guān)研究汗孔大小分型類別，此前文獻(xiàn)有關(guān)指紋汗孔大小分型的研究結(jié)果有待進(jìn)一步商榷。

4 展望

在研究過程中，雖盡力控制實(shí)驗(yàn)條件，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，但仍存在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)適用局限性。首先，此次實(shí)驗(yàn)中選取的捺印人員年齡段窄，均為18～22歲的男女青年，因?yàn)榇四挲g段人員手指皮膚飽滿，便于觀測和標(biāo)記到指紋汗孔；其次，本次實(shí)驗(yàn)中僅選取了男、女各10人進(jìn)行捺印，數(shù)據(jù)樣本量少；再次，為了達(dá)到理想的指紋汗孔觀測效果，本研究在相紙上采集樣本，此方法在司法實(shí)踐中極少使用。鑒定實(shí)踐中，其他理化方法顯現(xiàn)指紋最為多見，不同顯現(xiàn)方法、提取方法觀察、采集到的指紋樣本，其汗孔大小測量結(jié)果是否一致，能否進(jìn)行比對檢驗(yàn)，未來研究中需通過更多樣本予以驗(yàn)證。以上三點(diǎn)造成本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性存在一定的局限性。不同年齡段的捺印人員，汗孔大小的變化規(guī)律是否一致；隨著樣本數(shù)量的增加，汗孔大小的變化規(guī)律是否也會(huì)變化；不同指紋顯現(xiàn)方法和提取方法對測量數(shù)據(jù)是否會(huì)產(chǎn)生影響，都需要通過進(jìn)一步的研究證實(shí)。