耳郭的法醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究進(jìn)展*

周 玲，雷建鋒，蔣春月 綜述，徐冬冬 審校

(川北醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系，四川 南充 637000)

生物特征識別指的是通過測量個體的生理或行為特征用于個體識別的技術(shù)。在所有生物特征識別中，指紋識別是最常用的方法。耳郭在一定出程度上與指紋類似，也具備顯著的個體差異性。成年人的耳郭形狀和外觀具有唯一性且終生保持相對恒定的特征，因此耳郭具有重要的個人識別潛在價值。同時，耳郭在性別與種族鑒定及身高與年齡推斷方面也具有一定的應(yīng)用價值[1-3]。本文就人類耳郭的相關(guān)參數(shù)、測量方法及法醫(yī)學(xué)應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

1 人類耳郭的解剖結(jié)構(gòu)

人類耳郭位于頭部兩側(cè)，多數(shù)研究表明左右耳郭尺寸對稱性良好[4-5]。耳郭的形狀通常由耳輪和耳垂的形狀所決定。耳郭的上方大部分以彈性軟骨為支架，外覆皮膚；下方的小部分無軟骨，僅含結(jié)締組織和脂肪，為耳垂。耳輪的前方有一與其平行的弧形隆起稱為對耳輪，對耳輪上端分叉形成對耳輪的上、下腳，兩腳之間的三角形淺窩稱三角窩。耳輪與對耳輪之間的狹長凹陷稱耳舟，對耳輪與下腳尾部形成了耳甲的頂部和左部，名為耳甲艇；耳甲的下半部分稱為耳甲腔，耳甲腔的前方有一突起稱耳屏，后方的對耳輪下部有一突起稱對耳屏，耳屏與對耳屏之間有一凹陷稱耳屏間切跡。耳郭的形狀終生保持穩(wěn)定，同時具有個體差異性，是一種有價值的、可識別的容貌特征。

耳郭的皮膚由頭皮移行而來，完全被皮脂腺產(chǎn)生的皮脂物質(zhì)覆蓋。當(dāng)人的耳朵壓到物體表面時，皮脂物質(zhì)會在物體表面留下一個二維圖形稱為耳紋或耳印。由于耳郭表面并非平面，因此耳紋并不能全部反映耳郭結(jié)構(gòu)。典型耳紋包括耳輪前上部、達(dá)爾文點(diǎn)、耳輪后部、對耳輪、耳屏、對耳屏、耳垂和耳輪起點(diǎn)8個特征。耳紋作為一種個體特征，在一定程度上與指紋特征類似，能有效反映個體的差異性。因此，可通過技術(shù)手段對耳紋特征辨識來判定個體身份。

2 耳郭相關(guān)參數(shù)與測量方法

耳郭測量參數(shù)包括線性和角度參數(shù)，所有測量參數(shù)的獲取都要求被測量者頭部處于Frankfurt平面。耳郭測量的線性參數(shù)主要包括耳長和耳寬，常采用兩種標(biāo)定方法：第1種方法基于耳郭4個經(jīng)典標(biāo)記點(diǎn)(耳上點(diǎn)、耳下點(diǎn)、耳前點(diǎn)和耳后點(diǎn))進(jìn)行標(biāo)定。耳長為耳上點(diǎn)至耳下點(diǎn)距離，耳寬是耳前點(diǎn)到耳后點(diǎn)的距離。第2種方法除包括耳長、耳寬外，還包括耳垂長度和寬度、耳甲腔深度和耳輪至乳突的距離，以及耳郭指數(shù)和耳垂指數(shù)等指標(biāo)。耳郭角度參數(shù)包括耳斜角、外耳突出角度和顱耳角等[6]。

耳郭相關(guān)參數(shù)測量方法主要有3種。第1種是通過游標(biāo)卡尺和(或)測角儀直接測量，該方法是研究者普遍采用的方法。第2種是通過相機(jī)拍攝耳郭照片，再結(jié)合計算機(jī)測量軟件進(jìn)行，又稱攝影測量法，具有高效、快速特點(diǎn)，便于大樣本收集和臨床應(yīng)用。但是，該方法屬于二維平面的測量，被測量者和標(biāo)尺必須在同一個平面且與相機(jī)的焦平面平行，測量才準(zhǔn)確[6]。人類耳郭具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，攝影測量法顯然不適合對耳郭進(jìn)行多指標(biāo)測量。第3種是三維掃描測量系統(tǒng)，這種技術(shù)較前兩種方法具有獲取速度快、攝取范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在臨床與科研工作中應(yīng)用普遍，如3dMD、Canfield系統(tǒng)等[7-8]。隨著監(jiān)控技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展與進(jìn)步，耳郭三維測量與識別技術(shù)在公共安全領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

3 耳郭的法醫(yī)學(xué)應(yīng)用

3.1性別鑒定 多項研究表明，成年個體耳郭多項參數(shù)存在明顯性別差異。SFORZA等[9]研究了843例意大利健康個體(年齡4～73歲)耳郭數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)男性的耳長、耳寬和耳郭面積大于女性(P<0.001)。AHMED等[10]通過直接測量法比較了200例蘇丹阿拉伯個體耳郭的6項線性參數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除耳垂寬度外，其他5項均存在性別差異，其判定性別交叉的準(zhǔn)確率為60.5%～72.0%，提示在其他性別鑒別指標(biāo)缺失情況下，線性參數(shù)可以用于輔助性別判定。馬新芳等[11]通過直接觀察法研究了維吾爾族成人外耳特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)耳輪形態(tài)有兩性差異。

關(guān)于未成年個體耳郭的性別差異還存在爭議。吳勝林等[12]研究了321例新生兒耳郭數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)容貌耳長、容貌耳寬、形態(tài)耳長和形態(tài)耳寬數(shù)據(jù)有顯著性別差異。王靜等[13]比較了186(男90例，女96例)例云南地區(qū)出生7 d內(nèi)新生兒的耳郭數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)容貌耳長、容貌耳寬在性別方面有顯著差異，而形態(tài)耳長、形態(tài)耳寬、顱耳間距、顱耳角在性別方面無顯著差異。王一丹等[14]通過數(shù)字化三維重建與測量分析正常蒙古族青年大學(xué)生耳郭參數(shù)時發(fā)現(xiàn)，同一年齡段不同性別間容貌耳長和容貌耳指數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，而形態(tài)耳長、形態(tài)耳寬、容貌耳寬、耳垂長、耳垂寬和形態(tài)耳指數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。MUTEWEYE等[15]對津巴布韋305例黑人學(xué)生(年齡9～13歲)外耳特征進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，不同性別學(xué)生平均耳長、耳突出情況有顯著差異。

3.2種族鑒定 雖然研究者選用的測量指標(biāo)和測量方法不盡相同，但分析耳郭線性參數(shù)平均數(shù)據(jù)時仍可發(fā)現(xiàn)其存在種族差異。SHARMA等[16]研究發(fā)現(xiàn)，西印度群島人比高加索人和日本人擁有更小的耳垂。ALEXANDER等[17]比較了多個地區(qū)不同種族成年個體的耳郭數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)印度次大陸成年男性個體的平均耳長和耳寬最大，其次為高加索人和加勒比黑人，而成年女性個體耳郭數(shù)據(jù)則無種族差異。鄭連斌等[18]報道中國北方漢族男性和女性耳長分別為65.7、61.9 mm，耳寬分別為31.7、30.3 mm；中國男方漢族男性和女性耳長分別為64.5、60.8 mm，耳寬分別為31.3、30.3 mm。盡管耳郭的大小存在上述種族和地區(qū)的差異，但潛在的生長發(fā)育規(guī)律是相似的[19]。

3.3與身高和年齡的相關(guān)性 有關(guān)耳郭與身高和年齡的相關(guān)性，學(xué)者們進(jìn)行了大量研究。早在1995年，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)年齡與耳長呈正相關(guān)。MEIJERMAN等[20]提出，雖然耳郭尺寸與年齡和身高均呈正相關(guān)，但不建議將經(jīng)身高校正的耳郭尺寸用于個體年齡推斷，因為群體平均身高有不斷增高的趨勢。李詠蘭等[21]研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增長，南方漢族人容貌耳長和容貌耳寬數(shù)值呈線性上升規(guī)律，并且這種變化在年齡組間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。吳怡等[22]研究了兒童組、青年組和成年組3個年齡段的耳廓來源軟骨細(xì)胞的生物學(xué)特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞成骨分化能力隨著年齡的增長不斷降低，流式和熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的結(jié)果均表明間充質(zhì)干細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)隨著年齡的增長逐漸降低，以CD90最為明顯。FABRIZIO等[23]研究指出，對于耳郭與年齡的相關(guān)性研究選擇準(zhǔn)確的測量方法固然重要，但要想獲取準(zhǔn)確結(jié)果應(yīng)對研究對象進(jìn)行終生追蹤測量。

3.4個體識別 人類耳郭是一種有價值的、可識別的容貌特征，可用于容貌重建、基于照片的個人識別和尸體的身份確定。

3.4.1人耳識別技術(shù) 人耳具有獨(dú)特的生理特征，因此人耳識別技術(shù)具有相當(dāng)?shù)睦碚撗芯績r值和廣闊應(yīng)用前景。人耳識別與指紋識別、虹膜識別、人臉識別等生物識別技術(shù)相比，具有獨(dú)特的實(shí)用性和理論研究價值，并越來越受到專家學(xué)者的關(guān)注。人耳識別系統(tǒng)通常包括人耳圖像采集與預(yù)處理、人耳圖像邊緣檢測與分割、特征提取和人耳圖像識別。最早出現(xiàn)的人耳識別系統(tǒng)是由美國人提出的Iannerelli人耳分類系統(tǒng)。該系統(tǒng)以耳郭解剖學(xué)特征作為測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過特制透明羅盤在被測耳郭圖片上標(biāo)定測量點(diǎn)，根據(jù)得到的測量數(shù)據(jù)結(jié)合性別、種族等信息識別不同的耳郭，能用于人耳自動識別。1999年，出現(xiàn)了第一個基于人耳幾何特征和壓縮網(wǎng)絡(luò)的全自動人耳檢測程序。胡穎等[24]提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人耳識別方法，該方法方法直接提取人耳圖像特征，利用兩次特征提取及分類識別算法，在人耳姿態(tài)變化時能夠保持良好的識別概率，對人耳識別角度變化具有較好的魯棒性。除此之外，還有基于主元分析的人耳識別方法、基于不變矩的人耳識別方法、基于傅立葉系數(shù)的外耳邊緣方法和基于三維人耳檢測和識別方法等。這些人耳識別方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，都是對人耳識別技術(shù)的有益探索。

3.4.2耳紋的個人識別 耳紋是耳郭與載體接觸、擠壓過程中在平面上遺留的二維印痕，可以一定程度反映耳郭的形態(tài)特征，又稱耳印。由于耳郭表面并非平面，因此耳紋不能完全反映耳郭的所有組成部位，其所能反映的部位有耳輪、對耳輪、耳屏、對耳屏、耳垂等。1970年，荷蘭學(xué)者發(fā)表了關(guān)于耳紋鑒定用于盜竊案偵破的文章。該文較系統(tǒng)介紹了通過耳紋鑒定進(jìn)行個體識別的過程，成為當(dāng)時耳紋鑒定的重要參考文獻(xiàn)。2002—2005年，歐盟啟動耳朵法醫(yī)學(xué)鑒定研究課題，主要研究內(nèi)容為確定耳紋分類方法和評估耳郭印痕的證據(jù)強(qiáng)度[25]。該課題組結(jié)合已有研究成果提出，根據(jù)細(xì)節(jié)特征可將耳紋痕跡分為耳輪點(diǎn)前端、耳輪點(diǎn)后端、耳輪痕等29個組成部分，其中耳輪腳、對耳輪腳和耳甲艇痕跡較少見。該研究還發(fā)現(xiàn)，耳郭不同部位形態(tài)結(jié)構(gòu)(如高度和彈性)、耳郭皮膚表面分泌油脂量及耳郭與接觸面的壓力等因素均可導(dǎo)致耳紋痕跡的個體內(nèi)變異。耳紋痕跡的不完整或辨認(rèn)質(zhì)量不高和個體內(nèi)變異的存在都降低了耳紋痕跡比對的客觀性和準(zhǔn)確性。因此，確定耳紋痕跡的穩(wěn)定性指標(biāo)和個體內(nèi)變異的程度對設(shè)計能夠區(qū)分個體內(nèi)和個體間差異的耳紋分類識別系統(tǒng)非常有意義。該課題組同時指出，耳紋痕跡成為高證據(jù)價值物證的前提是必須具備低個體內(nèi)差異出現(xiàn)率和高個體間差異出現(xiàn)率的特點(diǎn)。RUTTY等[26]以Iannerelli人耳分類系統(tǒng)為依據(jù)設(shè)計了方形網(wǎng)格耳紋測量體系，通過對足跡比對軟件進(jìn)行升級改造，實(shí)現(xiàn)了對耳紋的測量比對。耳紋鑒定的計算機(jī)化極大程度提高了耳紋比對的效率，為耳紋鑒定的自動化和標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基礎(chǔ)。隨著耳紋數(shù)據(jù)庫的建立與完善，使機(jī)構(gòu)間耳紋數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程比對成為可能。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各種圖像識別算法不斷出現(xiàn)，因此耳紋比對的自動化程度和準(zhǔn)確性不斷提高[27]。雖然耳紋痕跡作為唯一或關(guān)鍵證據(jù)已用于部分案件的偵查與審判，但耳紋證據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性仍然需要考慮。KRISHAN等[25]指出，因耳紋證據(jù)的間接指向性，對耳紋證據(jù)的研究仍處于初步階段。

3.4.3耳紋DNA分型 1997年，有學(xué)者首次發(fā)現(xiàn)手部接觸可以留下接觸者的DNA且其DNA殘留量有個體差異性。隨后，研究者分別在皮膚、承載物、作案工具等多種載體表面檢測到轉(zhuǎn)移DNA，其來源包括體液、表皮脫落細(xì)胞、游離DNA等。LOWE等[28]首次提出個體DNA脫落狀態(tài)的概念，并建立相應(yīng)的測量方法。根據(jù)個體DNA脫落狀態(tài)不同，可將人群分為重度、中度和輕度3種類型。MAGEE等[29]研究了陳舊衣服領(lǐng)口和袖口轉(zhuǎn)移DNA的構(gòu)成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)個體細(xì)胞脫落狀態(tài)和(或)服裝與皮膚之間的接觸方式比穿著時間對轉(zhuǎn)移DNA的量具有更大影響。OTTEN等[30]通過案件情景模擬方式研究了手套上的轉(zhuǎn)移DNA情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)個體的脫落細(xì)胞狀態(tài)直接影響DNA轉(zhuǎn)移程度，重度DNA脫落志愿者DNA更易轉(zhuǎn)移至手套的表面及內(nèi)部。關(guān)于耳紋轉(zhuǎn)移DNA檢驗的文獻(xiàn)較少見，GRAHAM等[31]學(xué)者對來自3例志愿者的60例耳紋樣本進(jìn)行了DNA分型研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多例耳紋樣本DNA分型呈現(xiàn)混合斑特征，既有來自志愿者的等位基因，也有外源的等位基因。其中，1例樣本為單一個體分型且等位基因全部來自志愿者；7例樣本DNA分型中外源性等位基因數(shù)量多于來自志愿者等位基因；1例樣本只檢測到1個等位基因。該研究指出，在排除實(shí)驗室污染的前提下，耳紋樣本DNA分型中的外源性等位基因的確切來源難以確定，推測可能志愿者近期在進(jìn)行實(shí)驗前與別的個體發(fā)生過耳部接觸或使用過公共電話。該研究進(jìn)一步指出，大量出現(xiàn)的外源性等位基因令對來源于案發(fā)現(xiàn)場的耳紋DNA分型的解讀具有不確定性，耳紋DNA分型證據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性也將受到影響。有研究指出，對轉(zhuǎn)移DNA分析是一個高度復(fù)雜且多因素參與的過程，包括轉(zhuǎn)移DNA形成、持續(xù)和回收3個環(huán)節(jié)，有組織來源、身體部位、年齡、性別、個體DNA脫落狀態(tài)、載體性質(zhì)等多種因素參與[32-33]。該研究同時指出，有關(guān)轉(zhuǎn)移DNA的現(xiàn)有文獻(xiàn)中存在數(shù)據(jù)收集和結(jié)果分析的不一致性，這是進(jìn)行轉(zhuǎn)移DNA研究的另一障礙。因此，對來源于特定場景的轉(zhuǎn)移DNA的分析應(yīng)從多角度慎重考慮和評估。

4 小 結(jié)

人類耳郭具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，具備用于生物識別的特征，在性別、種族、年齡與身高及公共安全領(lǐng)域被廣泛研究。耳印作為耳郭的平面特征呈現(xiàn)方式，一定程度上可以反映個體的耳郭特征，但其容易受到如按壓力度、與載體接觸角度、皮脂含量等因素影響。隨著耳紋數(shù)據(jù)庫的建立與完善，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各種圖像識別算法的不斷出現(xiàn)，耳紋比對的自動化程度和準(zhǔn)確性將不斷提高。耳紋DNA分型可呈現(xiàn)混合斑分型特征，除可檢測到相關(guān)個體等位基因外，還可能檢測到無關(guān)個體的等位基因，因此將耳紋DNA分型證據(jù)用于案件偵查或?qū)徟袝r需謹(jǐn)慎。耳郭及其痕跡作為一種生物特征在人類學(xué)、法庭科學(xué)、公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用仍需進(jìn)一步研究。