起脚方式与趾长类型相关性初探

田亚杰，胡书良，刘晋，林敏，叶方坚，王明直

（1.中国人民公安大学刑事科学技术学院，北京100038；2.公安部物证鉴定中心，北京100038）

起脚方式与趾长类型相关性初探

田亚杰1，胡书良2，刘晋2，林敏2，叶方坚2，王明直2

（1.中国人民公安大学刑事科学技术学院，北京100038；2.公安部物证鉴定中心，北京100038）

目的探索起脚方式与拇趾二趾长度比较关系的相关性。方法对236名20～40岁左右的男性无腿部疾病的健康警察正常行走时的起脚方式进行分析，测量出其拇趾二趾长度关系，利用贝叶斯概率计算出在每种行走方式中拇趾二趾长度关系概率。结果当起脚方式为偏内起脚时，拇趾长概率为94.4%；当起脚方式为正起脚时，拇趾二趾同长概率为52.7%；当起脚方式为偏外起脚时，二趾长概率为86.7%。结论起脚方式与趾长类型相互联系，相互影响，相互制约。

脚印；起脚方式；趾长类型

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

脚印是指在人体结构形态固有特性的制约下脚或脚着物与承痕体静态或动态接触所遗留的痕迹，是将人体形态结构固有特性及行走动作习惯，以及由它们制约的直接留痕体外表形态结构、承受客体物理性状等信息集于一体的物质形态[1]。在刑事案件现场中，脚印的出现率远远高于指纹、DNA等其他痕迹物证，而且，脚印可以提供大量的现场信息和辅助证据，这将对侦查破案和刑事诉讼起到至关重要的作用。

行走是形成脚印的最基本动作，人的行走运动，是最基本的自然位移的周期性运动，是在神经系统的支配下，因肌肉收缩和伸张而引起的骨骼的“杠杆作用”，使整个身体在四维空间中作复杂的移位运动。骨是人体运动器官的支柱，骨与骨之间以关节相连接，肌肉附于骨骼并以肌肉群的形式在人体运动中起协调作用。人经过长期的行走锻炼，在大脑皮层中逐渐建立了固有的行走运动动力定型。脚是形成脚印的主体，起直接作用，脚型结构及其功能是相适应的，一般来说，有什么类型的脚型，就应该留下什么类型的脚印。脚型主要由骨骼决定[2]。人体的脚由肌肉、韧带和骨骼三部分构成，骨骼包括7块跗骨、5块跖骨和14块跖骨，其中拇趾由2块趾骨构成，二、三、四、五趾各由3块趾骨构成，脚印不仅反映着脚型，还反映着人的行走运动特征。趾作为起脚过程中的最后支撑部位，在起脚过程中的最后一瞬间，趾以鞋作为衬垫通过碾动形成一定的起脚部位特征，由于每个人趾长关系的特定性与稳定性，在一定条件下，导致了个人起脚瞬间蹬离地面的方向不同。

起脚方式是行走运动过程中的一个稳定的关键步态特征，在脚印分析鉴定中起着重要的作用。本文通过统计起脚方式、拇趾二趾间长度关系，初步探索了起脚方式与趾长关系间的相关性，并就起脚方式相关随机影响因素进行了讨论，为起脚方式的分析提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 器材

相机（SONY NEX-7），UV-F3疑难足迹扫描仪（北京和众视野有限公司），油墨捺印纸，A3纸，直尺，量角器等。

1.2 对象

随机选取全国各地20～40岁，身体健康状况良好，腿部和脚部无潜在疾病的236名男性公安民警作为实验对象。

1.3 样本制作

将成趟脚印捺印纸铺在水平地面上，油墨分别均匀的涂附在鞋底和赤脚上，使实验者处于精神放松状态，令实验者穿鞋和赤脚以正常姿势、正常速度行走通过。作出成趟脚印步行线，剔除因环境等因素表现出不稳定步法特征的脚印样本，依次拍照提取步态特征稳定的、连续的6～8枚穿鞋脚印和赤脚脚印作为分析对象；以同样的方式在水平地面上做成趟灰尘穿鞋脚印和赤脚脚印，用UV-F3疑难足迹扫描仪扫描提取。

1.4 起脚方式判定

起脚痕迹指在起脚阶段脚离开地面时，脚趾区在力的作用下在承痕体上留下的痕迹。一般情况下，在起脚过程中，鞋尖通过滚动碾压，在地面等客体上留下近似半圆弧形痕迹，称为起脚位置，故起脚部位特征一般呈半月状几何图形。在分析起脚方式时，首先作出脚印中心线AB，然后确定起脚位置的两个端点C、D两点（图1），连接C、D两点，与脚印中心线AB交于点O，测量∠AOC即为起脚角度。当∠AOC>95°时，为偏内起脚；当85°≤∠AOC≤95°时，为正起脚；当∠AOC<85°时，为偏外起脚（图1～3）。

图1 偏内起脚

图2 正起脚

图3 偏外起脚

1.5 趾长

赤脚脚印不但能反映趾形态，也能反映趾的长度特征。脚趾不同于手指的长度分布具有规范性，拇趾二趾长度关系有3种，一是拇趾长（脚型反映为拇趾长型），二是二趾长（脚型反映为二趾长型），三是拇趾、二趾同长（脚型反映为拇趾二趾同长型）（图4～6）。

图4 拇趾长型

图5 二趾长型

图6 拇趾、二趾同长型

2 统计及分析

2.1 数据统计

通过对数据的测量，统计出在选取的236名实验对象中，偏内起脚90人，正起脚131人，偏外起脚15人。其中，偏内起脚中，拇趾长、二趾长、拇趾二趾同长分别为85、4、1人；正起脚中，拇趾长、二趾长、拇趾二趾同长分别为28、34、69人；偏外起脚中拇趾长、二趾长、拇趾二趾同长分别为1、13、1人（表1）。

表1 脚型与起脚方式统计（n=236）

2.2 数据分析

通过对原始数据的统计，利用贝叶斯概率方法（贝叶斯概率引入先验知识和逻辑推理来处理不确定命题）对每一种起脚方式中拇趾、二趾的长度关系出现的概率进行计算。贝叶斯决策理论的核心思想，就是选择具有最高概率的决策，即：

如果P1（x，y）>P2（x，y），那么属于类别1（表2）。

如果P2（x，y）>P1（x，y），那么属于类别2（表3）。

具体计算方法如下：

表2 起脚方式与趾长关系概率分布

表3 趾长关系与起脚方式

结合以上数据统计分析，得出以下结果：

（1）分别统计出偏内起脚、正起脚和偏外起脚的概率（图7），统计结果表明，起脚方式统计结果与相关研究相符，即男性多为偏内起脚和正起脚[3]；趾长关系中，拇趾长型占较大比例，二趾长型与拇趾二趾同长型无显著差别（图8）。

图7 起脚方式概率分布图

图8 趾长关系概率分布图

（2）分别统计每种起脚方式中各趾长类型所占概率，统计结果（图9），具体为：当起脚方式为偏内起脚时，拇趾长型概率为94.4%，二趾长型概率为4.4%，拇趾二趾同长型概率为1.2%；当起脚方式为正起脚时，拇趾长型概率为21.3%，二趾长型概率为26.0%，拇趾二趾同长型概率为52.7%；当起脚方式为偏外起脚时，拇趾长型概率为6.6%，二趾长型概率为86.7%，拇趾二趾同长型概率为6.7%。统计结果说明，起脚方式与趾长类型显著相关，偏内起脚时，脚型多为拇趾长型；正起脚时，脚型多为拇趾二趾同长型；偏外起脚时，脚型多为二趾长型。

图9 特定起脚方式—趾长关系概率图

（3）分别统计每种趾长类型中反映出的起脚方式概率，统计结果（图10），具体为：拇趾长型中，偏内起脚、正起脚、偏外起脚概率分别为74.6%、26.6%、0.8%；二趾长型中，偏内起脚、正起脚、偏外起脚概率分别为7.8%、66.7%、25.5%；拇趾二趾同长型中，偏内起脚、正起脚、偏外起脚概率分别为1.4%、97.2%、1.4%。结果表明，趾长类型对起脚方式有一定的影响，趾长类型与起脚方式趋于一致。脚型为拇趾长型时，起脚方式多为偏内起脚；脚型反映为二趾长型和拇趾二趾同长型时，起脚方式更偏于正起脚。

图10 特定趾长关系—起脚方式概率图

2.3 误差来源

（1）本次实验对象均来自于20～40岁的青壮年在职民警，无腿部脚部疾病，长期进行值勤、站岗等正规训练，走路姿势正常，以致判断起脚方式时忽略了由于地域以及后天锻炼而表现出的行走习惯特定性。

（2）起脚方式的判定误差。样本脚印采取后，以5°差作为判定依据，人为的对样本脚印起脚角度的测量和起脚痕迹的标划会有一定的操作误差。

（3）样本数量的有限性。本实验采用概率统计的方法初步分析了起脚方式与趾长度之间的关系，要求足够的样本量，本次收集236枚样本，故在接下来的研究中，需进一步增加样本数量，以减小统计上的实验误差。

3 讨论

每个人的迈步动作、行走习惯受其身体的生理结构和生活环境等自然条件的影响，形成了具有个人特点的行走习惯动作。但是，因受客观和主观因素的影响，在正常行走的基础上，个人步法特征往往发生一定的改变，因此，在分析现场脚印时，还应考虑以下几方面。

3.1 鞋的合脚度

人体脚是支撑人体的底垫，是行走的工具，穿鞋脚印是人体脚型通过穿用的鞋间接留下的痕迹，是脚型的衬托。在本次实验中，实验对象都着日常穿用鞋，因此认为鞋与脚是相适应的。

体育运动学以及康复医疗学等相关研究表明，在起脚过程中，穿不同刚度鞋，跖趾部位能量变化以及跖趾关节弯曲度有所改变。在运动过程中，当趾区受到鞋等因素的约束时，但为了保持其运动过程的相对平衡性，其功能将由身体躯干、髋关节、膝关节和踝关节等共同协调补偿来完成[4]，[5]。因此，当鞋与脚的拟合度不高时，在起脚过程中所反映出的步态特征将有所变化。在预实验过程中发现，当同一人穿不合脚的鞋行走时，所反映出的起脚痕迹产生了明显的改变（图11）。因此，在分析现场穿鞋脚印时，应仔细辨别因鞋的合脚度（包括鞋底软硬度等）造成的起脚假痕迹，以做到对起脚位置和起脚方式的准确判断。

图11 鞋的合脚度对起脚特征判断的影响反映

3.2 脚印遗留人的心理状态

人的一切活动都是在大脑支配下进行的。作案人在作案前、作案中以及作案后，其行动均受心理状态所支配，在作案的全过程中，其心理变化较复杂，随着心理的不断变化，其行走习惯必然出现相应的变化[6]。特别是如今犯罪分子反侦查意识越来越强，为逃避法律制裁，会有意识的改变其行走方式，使现场脚印特征反映与其正常行走脚印特征发生偏差。

3.3 脚印遗留人的生理特定性

本次以青壮年男性为实验对象，在实战中往往也出现女性以及中老年人犯罪。由于男女骨骼形态结构及生理机能存在着显著性差别，以及社会生活条件的差异等因素的影响，形成了不同的行走习惯动作；从生理角度上讲，40～65岁作为渐衰期，运动器官的生理及其功能逐渐发生退行性变化，跖趾重力支撑部位逐渐改变，导致行走步法特征发生变化。因此，在分析脚型与起脚方式的相关性时应综合考虑因性别和年龄等生理上的特定性而造成的特有的步法特征。

4 结论

通过对实验数据的统计与分析，得出以下结论：起脚方式与趾长类型之间是相互联系、相互影响的。整体来讲，一定的趾长类型会出现相应的起脚方式，一定的起脚方式对应特定的趾长类型。具体为：当拇趾长时，起脚方式更趋于偏内起脚；当二趾长或拇趾二趾同长时，更趋于正起脚；当起脚方式反映为偏内起脚时，脚型多为拇趾长型；当起脚方式反映为正起脚时，脚型多为拇趾二趾同长型；当起脚方式反映为偏外起脚时，脚型多为二趾长型。

在研究脚印时，脚虽是着眼点，但人体是一个统一的整体，人体的形态结构和生理机能是整个人体内相互联系、相互制约的两个方面。脚印是一定条件下的产物，当条件发生变化时，其形成的脚印形态及其习惯痕迹特征必然会发生一定的变化，由于使脚印形态及其习惯痕迹特征变化的条件、因素是多方面和复杂的。因此，在分析起脚方式时，要结合现场脚印中起脚部位力的感应以及趾部压力面等相关信息综合分析，抓住脚印本质特征。

[1] 李峰.行走习惯痕迹学[M].北京:中国人民公安大学出版社，1998：3-4.

[2] 吴洪湃，李震，许满军.理论脚印学[M].北京:群众出版社，2012：12-13.

[3] 高毅.起足部位步态特征性别差异研究[J].警察技术，2012，（4）:19-21.

[4] Brugc-emann G P，Goldmann J，Potthast W.Effects and E-valuation of Functional Footwear[C].Leipzig：Orthopadie and Rehatechnik Kongress，2008.

[5] 武明，季林红，金德闻，等.人体跖趾关节弯曲对行走步态特征的影响[J].清华大学学报（自然科学版），2002，42（8）：1053-1056.

[6] 史力民，马建平.足迹学[M].北京:中国人民公安大学出版社，2014：157-158.

（本文编辑：孙年峰）

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

田亚杰（1992—），男，硕士研究生，主要从事痕迹检验技术研究。E-mail:977960287@qq.com。