数码显微镜（KEYENCE VHX-7000）、75%乙醇溶液、ZHY-V高分子指纹采集专用印台及配套油墨、柯达Kodak高光面照片纸。

选择年龄在18~22岁之间、身体健康、手指皮肤指纹完好, 无脱皮、皲裂、外伤等物理损伤或皮肤病的健康在校学生30人（其中男、女各15人, 分别标记为：男1号、男2号……男15号; 女1号、女2号……女15号）作为实验对象。同时以犯罪现场最常见的拇、食、中三指的末节的指腹指纹作为每位实验对象的观测、采集目标（表1）^[4]。为保证实验样本的自然状态, 确保观测数据的准确性、完整性和代表性, 要求30位实验对象在一个表皮更替时间内（约30 d）^[5]的采样过程中保持正常生活, 尽可能保持手指皮肤完好, 防止出现过度摩擦或损伤等问题, 确保样本处于正常的自然生活状态。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 30名实验对象基本信息统计表 Table 1 Statistics of 30 subjects 指别 男性 女性 编号 年龄 手别 编号 年龄 手别 拇指 男1 21 左手 女1 21 右手 男2 18 右手 女2 20 左手 男3 19 左手 女3 22 右手 男4 20 右手 女4 20 左手 男5 19 右手 女5 19 右手 食指 男6 22 左手 女6 20 右手 男7 20 左手 女7 21 左手 男8 19 右手 女8 21 左手 男9 22 左手 女9 20 左手 男10 20 右手 女10 22 右手 中指 男11 22 左手 女11 19 左手 男12 20 右手 女12 22 右手 男13 19 右手 女13 20 右手 男14 20 左手 女14 21 左手 男15 21 右手 女15 20 右手 注：为了消除特殊身高、特殊体重等个体因素差异可能造成的影响, 尽可能保证样本数据的一致性, 男性身高和体重分别控制在173~178 cm和65~75 kg之间, 女性控制在160~165 cm和48~58 kg之间。

表1 30名实验对象基本信息统计表 Table 1 Statistics of 30 subjects

选取标准指纹实验室一间, 在采集指纹样本开始前30 min, 将室内温度调整至(23±2)℃, 相对湿度调整控制在(50±5)%RH状态下, 保证样本采集环境温度与湿度条件的统一, 为实验的客观性、可重复性提供环境支持^[6]。

1.4.1 实验周期

根据皮肤新陈代谢的周期性特点, 特别是表皮细胞层在表皮更替时间（约30 d）内的周期性代谢特点, 自2020年9月11日至2020年10月12日, 通过连续1个月、每两天1次的超景深三维立体显微拍照, 在镜下观察测量30名实验对象的观测手指同一条乳突纹线在选定标记汗孔处嵴线高度和相邻小犁沟间距的变化情况, 据此研究分析指纹乳突纹线高度与小犁沟间距的变化规律。

1.4.2 确定待测乳突纹线与标记点

为保证研究质量与效果, 前期对30名实验对象已确定手指的指纹进行筛选, 配合油墨捺印, 选择乳突花纹内部系统中观察效果佳、无细节体征的独立乳突纹线作为待测乳突纹线, 其左右相邻2条小犁沟作为待测小犁沟, 同时选择该乳突纹线上位置清楚、易于标记、方便测量的汗孔作为选定标记点, 该标记汗孔处的乳突纹线及相邻2条小犁沟就是本研究实验观察、测量与分析的主要对象。

1.4.3 数据采集

一个月内, 利用数码显微镜（放大50倍）超景深三维立体拍照法, 在选定标记点处拍照固定待测乳突纹线与相邻2条小犁沟, 每两日拍照采样1次, 每次采样时间固定选择当日16:00~18:00, 30位实验对象每人采集样本15份, 共采集450份样本照片, 男女分别编号。其中, 15名男生各自的15份样本分别标记为（M1-1、M1-2……M1-15）（M2-1、M2-2……M2-15）……（M15-1、M15-2……M15-15）; 15名女生各自的15份样本分别标记为（F1-1、F1-2……F1-15）（F2-1、F2-2……F2-15）……（F15-1、F15-2……F15-15）。为获取清晰的样本指纹照片, 拍照前用75%乙醇溶液脱脂棉球对表1选定的固定采集手指进行清污与脱脂处理。

1.5.1 确定测量方法

配合油墨捺印, 在镜下找出每份实验样本的待测标记乳突纹线及选定标记汗孔（图1）, 在选定标记汗孔处做一与乳突纹线方向垂直的参照线, 利用数码显微镜的“ 3D轮廓测量” 功能, 对采集到的450份指纹样本进行基础的标记、测量、统计与分析（图2）, 重点测量标记汗孔处乳突纹线高度和相邻小犁沟间距的数值变化情况。

图1

Fig.1

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	图1 待测乳突纹线与选定汗孔标记点示意图（上：油墨捺印标记; 下：三维拍照标记）Fig.1 Schematic of the mastoid ridge to be measured and the selected points of sweat pore (top: ink mark; bottom: 3D photo mark)

图2

Fig.2

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	图2 “ 3D轮廓测量” 参数示意图Fig.2 Schematic for parameters of “ 3D profiling measurement”

1.5.2 确定测量参数

为准确反映标记汗孔处乳突纹线高度和相邻小犁沟间距的变化情况, 方便分析乳突纹线高度与小犁沟间距变化范围, 对450份样本照片中的待测乳突纹线, 主要测量以下参数：1）乳突纹线最高点至其中一侧小犁沟的纵向深度（以下标记为H1）; 2）乳突纹线最高点至另一侧小犁沟的纵向深度（以下标记为H2）; 3）乳突纹线两侧小犁沟之间的距离（以下标记为L）。由于实验设备的局限性, 乳突纹线高度（以下标记为H）无法直接测量, 这里以H=(H1+H2)/2的方式确定该条乳突纹线在标记点处的高度均值（图2）。

2.1.1 男性样本乳突纹线高度和小犁沟间距

乳突纹线高度变化情况：经测量, 15名男性的指纹样本中, 标记汗孔处乳突纹线高度变化最大者为男8号（食指样本）, 最大高度为52.15 μm, 最小高度为17.17 μm, 最大高度变化值为34.98 μm; 乳突纹线高度变化最小者为男1号（拇指样本）, 最大高度为61.42 μm, 最小高度为43.16 μm, 最小高度变化值为18.26 μm。

小犁沟间距变化情况：经测量, 15名男性的指纹样本中, 标记汗孔处相邻小犁沟间距变化最大者为男4号（拇指样本）, 最大间距为586.35 μm, 最小间距为480.10 μm, 最大间距变化值为106.25 μm; 小犁沟间距变化最小者为男6号（食指样本）, 最大间距为431.68 μm, 最小间距为385.36 μm, 最小间距变化值为46.32 μm。

用Δ H代表标记汗孔处乳突纹线高度的最大变化值, Δ L代表标记汗孔处相邻小犁沟间距的最大变化值, 15名男性标记乳突纹线高度与小犁沟间距变动范围具体数据见表2。表中标记汗孔处乳突纹线高度变化最大的是食指样本, 中指样本的乳突纹线高度变化值相比食指样本较小, 拇指样本的乳突纹线高度变化值最小; 标记汗孔处相邻小犁沟间距变化最大的是拇指样本, 食指与中指样本的小犁沟间距变化值相比拇指样本较小, 且整体来看两者变化值相差不大。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 15名男性和15名女性标记汗孔处乳突纹线高度与小犁沟间距变化值统计 Table 2 Statistics of changing mastoid ridge height and small furrow spacing at marked sweat pore from 15 male and female subjects 指别 男性样本 女性样本 编号 Δ H/μm 平均值 Δ L/μm 平均值 编号 Δ H/μm 平均值 Δ L/μm 平均值 拇指 男1号 18.26 21.38 85.36 94.69 女1号 26.58 25.69 89.75 87.43 男2号 26.22 86.48 女2号 19.45 81.17 男3号 20.78 99.14 女3号 29.89 96.46 男4号 19.03 106.25 女4号 25.33 93.22 男5号 22.59 96.23 女5号 27.19 76.55 食指 男6号 30.37 31.10 46.32 65.76 女6号 28.56 29.61 68.25 68.07 男7号 31.97 70.25 女7号 30.45 72.54 男8号 34.98 68.33 女8号 29.77 65.45 男9号 25.63 84.22 女9号 31.08 70.58 男10号 32.56 59.68 女10号 28.21 63.52 中指 男11号 28.75 27.64 68.47 73.76 女11号 22.64 26.07 70.59 68.60 男12号 29.36 76.53 女12号 28.05 66.37 男13号 26.14 72.65 女13号 27.11 71.46 男14号 28.56 80.44 女14号 25.83 64.85 男15号 25.40 70.69 女15号 26.70 69.73 平均值 男性 26.71 78.07 女性 27.12 77.40

表2 15名男性和15名女性标记汗孔处乳突纹线高度与小犁沟间距变化值统计 Table 2 Statistics of changing mastoid ridge height and small furrow spacing at marked sweat pore from 15 male and female subjects

2.1.2 女性样本乳突纹线高度和小犁沟间距

乳突纹线高度变化情况：经测量, 15名女性的指纹样本中, 标记汗孔处乳突纹线高度变化最大者为女9号（食指样本）, 最大高度为44.57 μm, 最小高度为13.49 μm, 最大高度变化值为31.08 μm; 乳突纹线高度变化最小者为女2号（拇指样本）, 最大高度为56.67 μm, 最小高度为37.22 μm, 最小高度变化值为19.45 μm。

小犁沟间距变化情况：经测量, 15名女性的指纹样本中, 标记汗孔处相邻小犁沟间距变化最大者为女3号（拇指样本）, 最大间距为500.84 μm, 最小间距为404.38 μm, 最大间距变化值为96.46 μm; 小犁沟间距变化最小者为女10号（食指样本）, 最大间距为364.78 μm, 最小间距为301.26 μm, 最小间距变化值为63.52 μm。

同前处理, 15名女性标记乳突纹线高度与小犁沟间距变动范围具体数据见表2。表中, 食指样本的标记汗孔处乳突纹线高度变化值略大, 拇指样本和中指样本的乳突纹线高度变化值相比食指样本较小, 且整体来看两者变化值相差不大; 同样, 标记汗孔处相邻小犁沟间距变化最大的是拇指样本, 食指样本与中指样本的小犁沟间距变化值相比拇指样本较小, 且整体来看两者变化值相差也不大。

2.1.3 乳突纹线平均高度与小犁沟平均间距

用H代表标记乳突纹线高度的平均值, L代表标记汗孔处相邻小犁沟间距的平均值, 30名实验对象标记乳突纹线平均高度与小犁沟平均间距数据见表3。表中, 男性拇指、食指、中指乳突纹线平均高度和小犁沟平均间距分别为53.20、42.87、39.28、508.75、392.98、393.59 μm, 女性分别为43.64、32.39、35.28 、429.81、323.52、307.36 μm, 可以看出男性手指指腹乳突纹线平均高度和小犁沟平均间距显著大于女性。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 30名实验对象标记汗孔处乳突纹线平均高度与小犁沟平均间距统计 Table 3 Statistics of the average mastoid ridge height and the average small furrow spacing from 30 subjects 指别 男性样本 女性样本 编号 H/μm 平均值 L/μm 平均值 编号 H/μm 平均值 L/μm 平均值 拇指 男1号 54.12 53.20 498.25 508.75 女1号 42.35 43.64 430.69 429.81 男2号 45.33 501.67 女2号 46.40 467.56 男3号 56.45 532.14 女3号 49.72 450.95 男4号 60.33 525.46 女4号 39.22 402.73 男5号 49.78 486.22 女5号 40.50 397.14 食指 男6号 50.21 42.87 403.52 392.98 女6号 36.93 32.39 320.04 323.52 男7号 42.36 428.11 女7号 31.42 318.65 男8号 41.48 378.77 女8号 24.23 295.33 男9号 39.74 365.02 女9号 29.88 348.25 男10号 40.55 389.46 女10号 39.48 335.34 中指 男11号 37.62 39.28 401.25 393.59 女11号 36.85 35.28 315.96 307.36 男12号 39.47 369.43 女12号 37.34 300.48 男13号 41.33 392.59 女13号 34.15 301.22 男14号 42.50 418.20 女14号 29.62 296.75 男15号 35.48 386.44 女15号 38.42 322.40 平均值 男性 45.12 431.77 女性 37.10 353.57

表3 30名实验对象标记汗孔处乳突纹线平均高度与小犁沟平均间距统计 Table 3 Statistics of the average mastoid ridge height and the average small furrow spacing from 30 subjects

根据拇指、食指、中指小犁沟平均间距的最大值和最小值, 通过线密度计算公式 （单位：条/cm）可得, 男性拇指乳突纹线的线密度为18~20条/cm、食指与中指为24~27条/cm; 女性拇指为21~25条/cm、食指与中指为28~33条/cm, 测量结果与传统研究数据25条/cm基本一致。

2.2.1 样本数量与范围的影响

作为一项基础研究, 取样数量的多少在一定程度上决定着研究结果的普遍适用性。本次实验研究虽然选取了男女各一定数量的样本, 也考虑到了职业、年龄、身高、体重等基础指标, 研究结果也具有一定的代表性, 但相对于整个人群来说范围依然局限, 需要在样本数量、年龄阶段、职业群体上有所突破。

2.2.2 皮肤磨损的影响

在为期一个月的采样过程中, 尽管已经要求30名实验对象尽可能保持正常学习生活, 保护手指皮肤花纹, 但难免会因握笔书写、体育运动、洗手洗衣、自然脱皮等内外因素造成手指指腹乳突花纹的磨损^[7], 特别是食指使用几率较高, 磨损较大, 乳突纹线高度变化较大（图3）。此外, 男女性在运动量、皮肤代谢速度方面本身就存在一定的差异, 加之从前期研究过程中已知男女性汗孔位置移动所造成的测量标记基准点的变化, 都会给指纹乳突纹线的采集、观察与测量等工作造成一定影响。

图3

Fig.3

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	图3 男10号手指指腹乳突花纹的磨损情况Fig.3 Wearing mastoid patterns on finger pulp skin of No. 10 male subject

2.2.3 测量仪器与测量方法误差所造成的影响

研究中, 尽管选用了超景深视频显微镜作为测量仪器进行科学分析, 并通过控制实验环境条件等因素尽最大可能地减少误差, 但由于所使用数码显微镜的“ 3D轮廓测量” 功能无法直接测算乳突纹线高度, 为了考察乳突纹线高度的变化情况, 我们只能对乳突纹线高度进行平均值测算。根据前期指腹切片研究, 乳突纹线的横断面近似梯形^[8]（图4）, 但是在数码显微镜的“ 3D轮廓测量” 功能下乳突纹线呈波浪状弧线, 这在一定程度上会存在误差。

图4

Fig.4

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	图4 指腹组织切片图（HE染色）Fig.4 Section of finger pulp tissue (HE staining)

关于乳突纹线高度与小犁沟间距变化的可能原因, 综合分析主要可能来源于下列几个方面：1）表皮更替时间内自身新陈代谢决定了乳突纹线高度与小犁沟间距发生一定程度的变化; 2）真皮乳头的生理变化以及前期研究过程中发现的汗孔位置偏移对乳突纹线边缘形态产生影响; 3）由于不同时间实验对象自身心理状况、交感副交感神经兴奋性等的不同, 采样时手指皮肤的张弛状态就会有所差异^[9], 也可能导致乳突纹线高度与小犁沟间距发生一定程度的变化; 4）前面已经分析到实验样本在日常工作、学习、运动过程中, 难免会因握笔书写、体育运动、洗手洗衣、自然脱皮等内外因素造成手指指腹乳突花纹的磨损, 所以乳突纹线高度一定会发生较大变化; 5）手指清洁度^[10]也会影响显微镜下的三维立体成像结果, 从而会对乳突纹线高度与小犁沟间距结果产生一定程度的影响。当然, 关于乳突纹线高度与小犁沟间距变化的可能原因还有很多, 我们会继续开展此方面问题的研究。