引用本文
梁娜, 王有民, 曹吉明. 表皮更替时间内指纹汗孔大小变化规律[J].刑事技术, 2022,47(3):246-251
LIANG Na, WANG Youmin, CAO Jiming. Regular Size Variation of Fingerprint-housing Sweat Pore During Epidermal Replacement[J]. Forensic Science and Technology,2022,47(3): 246-251  
Doi: 10.16467/j.1008-3650.2021.0147
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表皮更替时间内指纹汗孔大小变化规律
梁娜, 王有民, 曹吉明
陕西警官职业学院信息技术系,西安 710021

第一作者简介：梁娜,女,甘肃平凉人,硕士,讲师,研究方向为刑事技术、痕迹检验。E-mail: 153079056@qq.com

收稿日期: 2021-04-27 修回日期: 2021-09-09
基金资助: 陕西省教育厅专项科研计划 (19JK0117); 陕西警官职业学院院级科研项目(YJKY202004)
摘要

目的 研究人体手指指腹表皮新陈代谢对指纹三级特征中汗孔大小的影响,考察表皮更替时间内汗孔大小变化的规律与稳定性。方法 选择18~22岁男女青年各10名,在30d的表皮更替时间内,通过选定条件食指油墨捺印,每两天捺印一次,获得捺印指纹样本300份。以高倍率数码显微镜拍照、标记、测量捺印样本,结合数据分析同一汗孔在表皮更替时间内大小的变化规律。结果 20名捺印人员中,男性样本汗孔大小在29.5~116.5μm范围内变动,女性样本汗孔大小在29.5~93.5μm范围内变动;男性同一汗孔大小变化的最大、最小值分别为80.5μm和68.5μm,女性为58.5μm和45μm。结论 男性指纹汗孔大小普遍大于女性;汗孔大小因表皮更替而呈现动态的变化过程,变化幅度因人而异,男性指纹汗孔变化幅度普遍大于女性;本次实验样本中汗孔大小在29.5~116.5μm之间进行变化,此前文献有关指纹汗孔大小分型的研究需进一步商榷。

关键词: 指纹; 三级特征; 汗孔大小; 变化规律
中图分类号:DF794.1 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2022)03-0246-06
Regular Size Variation of Fingerprint-housing Sweat Pore During Epidermal Replacement
LIANG Na, WANG Youmin, CAO Jiming
Department of Information Technology, Shaanxi Police College, Xi’an 710021, China
Abstract

Objective To explore the influence of metabolizing human fingers’ ventral epidermis on size of the sweat pore indicating tertiary characteristics of fingerprint, with focusing on the regularity and stability of the changing size of sweat pore during epidermal replacement.Methods Each ten young subjects of both men and women, aging between 18 and 22, were selected to pick up 300 sampling fingerprints from their index fingers being inked once every two days within a 30-day epidermal replacement period. The samples were photographed, marked and measured with a magnification-high digital microscope, rendering the changing size of same one sweat pore to be analyzed.Results The male subjects varied of their average sweat pore’s size from 29.5~116.5μm while the female ones were from 29.5~93.5μm. The maximal and minimal sizes of same sweat pore were 80.5μm and 68.5μm for males, contrasting to the females’ 58.5μm and 45μm.Conclusions Male fingerprint-housing sweat pore is generally larger in size than that of female’s. Dynamic changing occurs to the size of sweat pore along with the epidermal replacement, appearing individual-dependent variation range that also reveals greater for male than female. The discovery that sweat pores’ sizes vary from 29.5~116.5μm puts an expectation to ponder the conclusion from previous relevant literatures/researchers that little significance was believed for classification into the size of fingerprint-housing sweat pore.

Key words: fingerprint; third-level characteristics; sweat pore's size; changing regularity

指纹汗孔为人体小汗腺在表皮上的漏斗状开口, 孔径微小, 几乎全部分布在指纹乳突纹线上。研究表明, 成年人每毫米的乳突纹线上分布约3 ~ 5个汗孔[1]。汗孔的形态、大小、位置等核心特征与指纹的检验鉴定密切相关, 并在留痕条件差、显现效果不佳或者残缺、模糊等现场指纹鉴定案件中发挥着重要作用, 更在留痕面积小、无细节特征的指纹中具有极高的鉴定价值[2]。随着年龄的增大, 手指表皮的新陈代谢以及生活环境的变化, 指纹汗孔相关特征是否存在变化, 特别是表皮更替时间内汗孔大小如何变化, 目前鲜有研究。为明晰这一生物学变化特点, 有必要在表皮更替时间内通过捺印、观察、标记、测量和分析, 探究指纹汗孔的大小变化规律, 为指纹三级特征的研究与鉴定实践提供基础理论支持。

手指指腹上的汗孔基本都分布在乳突纹线上, 乳突纹线又会因摩擦、受伤等外界因素和角质层脱落等皮肤自然代谢而发生变化[3]。皮肤新陈代谢过程中, 人体皮肤表皮角质层细胞不断脱落, 基底层细胞通过增殖、变化不断移至角质层进行置换补充, 使表皮维持一定厚度, 这一新陈代谢的周期为28 d [4]。

指纹三级特征研究中, 无论采用怎样的图像处理技术, 三级特征分析比较的前提就是原始指印本身能够反映出三级特征[5], 本研究采用了油墨捺印方法显现指纹汗孔三级特征, 这种方法也是目前我国司法实践中提取样本指印的主要方法。

1 材料与方法
1.1 实验设备与材料

基恩士超景深数码显微镜（KEYENCE VHX-7000）; ZHY-V型高分子掌纹捺印盒及配套油墨; 美国柯达Kodak标准型高光面相纸（5寸/3R, 89 mm × 127 mm）; 海尔便携精准电子秤（量程：0 ~ 3 kg, 精度：1 g）。

1.2 实验样本

选择年龄在18 ~ 22岁男女青年各10名作为捺印人员, 要求手指皮肤饱满、无外伤, 适于捺印, 分别编号为男1号、男2号……男10号; 女1号、女2号……女10号。

固定每个捺印人员右手食指为捺印手指, 并以右手食指上一个二级特征（细节特征）作为定位基准点, 选取一明显清晰汗孔作为待测标记汗孔, 固定采集该汗孔。连续30 d为一个捺印周期, 每两天捺印一次, 在200倍高倍率数码显微镜下拍照、标记待测汗孔, 测量该汗孔直径的大小。

1.3 实验条件

在2020年9月11日至10月12日期间, 选取标准指纹实验室一间, 每次实验前0.5 h调整室内温度至（23 ± 2）℃, 控制室内湿度至（50 ± 5）%RH, 保持实验条件的恒定, 保证实验环境的统一性[6]。

1.4 实验方法

1.4.1 确定油墨捺印的力度

为了获得理想的指纹汗孔观察效果, 首先进行预实验。实验前准备两个便携精准电子秤, 分别将捺印盒及相纸放置其上使刻度归零。做好捺印人员的手指清洁, 让捺印人员以一定压力蘸取油墨, 之后在相纸上完成捺印, 记录蘸取油墨和在相纸上捺印得到清晰指印所需要的压力数值。在数码显微镜下放大200倍, 观察汗孔是否清晰完整, 如果没有获得预期效果, 调整压力参数直至获得满意效果, 得到每个捺印人员合适的蘸取油墨和捺印所需压力数值范围。由于手指表皮状况不同, 乳突纹线粗细、深浅不一, 所以每个捺印人员确定的压力数值范围也不尽相同, 但是所有捺印人员蘸取油墨压力值基本保持在80 ~ 100 N, 捺印压力值基本保持在180 ~ 200 N之间。

1.4.2 采集指纹样本、标记指纹汗孔

固定下午16时至20时为收集样本时间, 提前0.5 h调整室内温度、湿度, 做好捺印人员的手指清洁。按照预实验所确定的压力数值, 取得每个捺印人员当天的样本, 通过数码显微镜拍照、标记、保存。在手指表皮更替周期30 d内, 每两天收集一次样本。实验结束可获得每个捺印人员15个样本, 分别编号为男1号Y1 ~ 15、男2号Y1 ~ 15……男10号Y1 ~ 15; 女1号Y1 ~ 15、女2号Y1 ~ 15……女10号Y1 ~ 15。

1.4.3 确定指纹汗孔大小测量方法

在超景深数码显微镜200倍的放大倍率下, 对油墨捺印的指纹样本拍照, 利用数码显微镜的“ 轮廓测量” 功能, 在照片中观察、测量、记录收集到的300个指纹汗孔样本。数码显微镜下, 指纹汗孔形状均显示为类圆形（图1）。

图1 同一捺印人员（女1号）表皮更替周期内不同时间指纹汗孔形态示意图（a：Y2样本; b：Y5样本; c：Y9样本; d：Y11样本）Fig.1 Schematic for changing patterns of fingerprint-housing sweat pores at different time points in one epidermal replacement cycle from same individual (female 1) who had been figerprinted (samples of: a: Y2; b: Y5; c: Y9; d: Y11)

针对指纹汗孔类圆形特点, 测量过程中分别测量类圆形汗孔长轴和短轴数值。测量发现, 各样本指纹汗孔长轴、短轴数值存在一定差异, 因此, 本文中取其平均值作为汗孔直径, 并以此表示该汗孔的大小, 取得所有指纹汗孔的大小数据。

2 结果与讨论
2.1 测量结果

本文中未对20名捺印人员样本数据一一列举, 仅罗列出有分析价值的男3号、男5号、男7号、女1号、女2号、女8号共6名捺印人员的样本数据（表1）。从表中可以看出, 男3号出现了男性指纹汗孔长轴最大值130 μ m, 男5号出现了短轴最小值19 μ m; 女8号出现了女性指纹汗孔长轴最大值113 μ m, 女2号出现了短轴最小值26 μ m。其他捺印人员样本数值均在此范围内变化。

表1 指纹汗孔长轴、短轴长度数据（μ m） Table 1 Size data of fingerprint-housing sweat pores on the long- and short-axis (μ m)

每个指纹汗孔取长轴、短轴的平均值作为该汗孔的直径大小（表2）。

表2 汗孔直径数据统计（μ m） Table 2 Statistics of sweat pores’ diameters (μ m)

从表中可看出：

1）男3号出现了男性指纹汗孔直径最大值116.5 μ m, 男5号出现了最小值29.5 μ m; 女1号出现了女性指纹汗孔直径最大值93.5 μ m, 女2号出现了最小值29.5 μ m。

2）每个捺印人员15个样本取平均值, 男性平均值最大为男7号80.3 μ m, 最小为男5号62.3 μ m; 女性平均值最大为女8号64 μ m, 最小为女2号52 μ m。

3）每个捺印人员15个样本的极差, 男性极差最大值为男7号80.5 μ m, 最小值为男5号68.5 μ m; 女性极差最大值为女1号58.5 μ m, 最小值为女2号45 μ m。

2.2 数值分析

2.2.1 指纹汗孔大小分布规律

2016年, 有学者通过研究提出直径在50 ~ 100 μ m的为小孔型汗孔, 直径在100 ~ 200 μ m的为中孔型汗孔, 直径在200 ~ 250 μ m的为大孔型汗孔[7], 此分类方法目前在指纹汗孔大小分类中被普遍使用。

本次实验300个样本中, 指纹汗孔直径在50 μ m以下的79个, 指纹汗孔直径介于50 ~ 100 μ m之间的211个, 指纹汗孔直径介于100 ~ 200 μ m之间的10个, 指纹汗孔直径在200 μ m以上的没有出现。数据显示, 绝大多数指纹汗孔直径分布在50 ~ 100 μ m之间, 也就是通常所说的小型汗孔; 指纹汗孔直径介于100 ~ 200 μ m之间的中型汗孔占比很少; 指纹汗孔直径在200 μ m以上的大型汗孔没有出现; 而以往指纹研究中认为极少出现[7], 可能是油墨捺印中油墨过多偶发性出现的50 μ m以下的汗孔, 在本次实验中却占到了约26%。

2.2.2 同一指纹汗孔大小类型变化

表皮更替时间内, 同一捺印人员同一指纹汗孔大小会在50 μ m以下、50~100 μ m之间、100 μ m以上变动。男3号的15个捺印样本中, Y1、Y2、Y4汗孔大小在100 μ m以上, Y3、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9、Y10、Y11、Y13、Y14汗孔大小在50 ~ 100 μ m之间, Y12、Y15汗孔大小在50 μ m以下。据此, 表皮更替时间内, 同一汗孔大小会在一定范围内进行变化, 横跨相关研究汗孔大小分型类别, 此前文献有关指纹汗孔大小分型的研究结果有待进一步商榷。

2.2.3 指纹汗孔大小与性别的关系

指纹汗孔大小与性别有关, 男性汗孔普遍大于女性汗孔。300个捺印样本中, 10个直径在100 μ m以上的指纹汗孔中男性有8个, 占比80%; 211个直径介于50 ~ 100 μ m之间的指纹汗孔中男性有125个, 占比59%; 79个直径在50 μ m以下的指纹汗孔中男性有17个, 占比22%。同时, 指纹汗孔直径平均值也体现出了性别差异, 表皮更替时间内, 男性指纹汗孔直径平均值在62.3 ~ 80.3 μ m之间变动, 女性平均值在52 ~ 64 μ m之间变动。

2.2.4 指纹汗孔直径变化幅度分析

表皮更替时间内, 每个捺印人员的指纹汗孔大小并非恒定不变, 变化的范围因人而异。选定的6个捺印人员样本中, 指纹汗孔大小变化范围分别为：男3号40 ~ 116.5 μ m, 男5号29.5 ~ 98 μ m, 男7号34.5 ~ 115 μ m; 女1号35 ~ 93.5 μ m, 女2号29.5 ~ 74.5 μ m, 女8号41.5 ~ 89.5 μ m。极差分别为：男3号76.5 μ m, 男5号68.5 μ m, 男7号80.5 μ m, 女1号58.5 μ m, 女2号45 μ m, 女8号48 μ m。

研究表明, 男性指纹汗孔大小数值变化幅度大于女性, 男性指纹汗孔大小的变化幅度在68.5 μ m以上, 女性指纹汗孔大小的变化幅度在58.5 μ m以下（图2、图3）。

图2 男性指纹汗孔大小变化Fig.2 Changing sizes of sweat pores housed with fingerprints from male subjects

图3 女性指纹汗孔大小变化Fig.3 Changing sizes of sweat pores housed with fingerprints from female subjects

2.3 数据准确性分析

2.3.1 捺印方法对测量数据的影响

为了验证测量数据是否会受到蘸取油墨量、捺印力度、承受客体等捺印条件的影响, 用变异系数对测量数据进行统计分析。变异系数是衡量数据中各观测值变异程度的一个统计量, 可以反映数据的离散程度。实验中, 变异系数越小, 指纹汗孔大小变化越稳定; 变异系数越大, 指纹汗孔大小变化越不稳定。变异系数在不同领域对结果的评判标准并不相同, 通常情况下变异系数小于15%说明数据稳定[8]。变异系数的计算公式为:变异系数(CV)=标准差(SD)／平均值(Mean)× 100%。用以上方法求得的数值见表3。

表3 汗孔大小变异系数参考表 Table 3 Reference coefficients of variation of sweat pores’ sizes

表3中, 指纹汗孔大小在指腹表皮更替时间内变异系数均超过了15%, 指纹汗孔大小变化明显, 排除因油墨捺印不当造成数据的细微差异, 应是指纹汗孔实质性的大小变化。

2.3.2 指纹汗孔在乳突纹线上位置的影响

关于指纹汗孔在乳突纹线上的位置关系, 学界大致有三种描述：

1）指纹汗孔位于纹线中间。

2）指纹汗孔位于纹线内侧边缘。

3）指纹汗孔位于纹线外侧边缘。

研究表明, 这种位置关系是不稳定的, 随着表皮新陈代谢的进行, 指纹汗孔位置也会改变, 捺印状态下会表现为两种指纹汗孔状态：开放型指纹汗孔和闭合型指纹汗孔（图4）, 该研究成果在其他文献中有论述[9], 此处不再赘述。同一汗孔因所处开放型和闭合型两种不同状态, 测量时会有偏差, 影响最后的数据分析结果。

图4 男5号Y9开放型指纹汗孔（a）, 男5号Y15闭合型指纹汗孔（b）Fig.4 No. 5 male subject’ s fingerprint-housing sweat pore at sample Y9 (a: open ) and sample Y15 (b: closed)

3 结论

男性指纹汗孔大小普遍大于女性; 汗孔大小因表皮更替而呈现动态的变化过程, 变化幅度因人而异, 男性指纹汗孔变化幅度普遍大于女性; 本次实验300份样本中汗孔大小在29.5 ~ 116.5 μ m之间进行变化, 横跨相关研究汗孔大小分型类别, 此前文献有关指纹汗孔大小分型的研究结果有待进一步商榷。

4 展望

在研究过程中, 虽尽力控制实验条件, 保证实验数据的准确性, 但仍存在实验数据适用局限性。首先, 此次实验中选取的捺印人员年龄段窄, 均为18~22岁的男女青年, 因为此年龄段人员手指皮肤饱满, 便于观测和标记到指纹汗孔; 其次, 本次实验中仅选取了男、女各10人进行捺印, 数据样本量少; 再次, 为了达到理想的指纹汗孔观测效果, 本研究在相纸上采集样本, 此方法在司法实践中极少使用。鉴定实践中, 其他理化方法显现指纹最为多见, 不同显现方法、提取方法观察、采集到的指纹样本, 其汗孔大小测量结果是否一致, 能否进行比对检验, 未来研究中需通过更多样本予以验证。以上三点造成本次实验数据分析的准确性存在一定的局限性。不同年龄段的捺印人员, 汗孔大小的变化规律是否一致; 随着样本数量的增加, 汗孔大小的变化规律是否也会变化; 不同指纹显现方法和提取方法对测量数据是否会产生影响, 都需要通过进一步的研究证实。

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