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）

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）。

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 μm，男5号出现了短轴最小值19 μm；女8号出现了女性指纹汗孔长轴最大值113 μm，女2号出现了短轴最小值26 μm。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（μm）Table 1 Size data of fingerprint-housing sweat pores on the long- and short-axis (μm)

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（μm）Table 2 Statistics of sweat pores’ diameters (μm)

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 μm，男5号出现了最小值29.5 μm；女1号出现了女性指纹汗孔直径最大值93.5 μm，女2号出现了最小值29.5 μm。

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 μm，最小为男5号62.3 μm；女性平均值最大为女8号64 μm，最小为女2号52 μm。

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 μm，最小值为男5号68.5 μm；女性极差最大值为女1号58.5 μm，最小值为女2号45 μm。

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 μm的为小孔型汗孔，直径在100 ～ 200 μm的为中孔型汗孔，直径在200 ～ 250 μm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 μm以下的79个，指纹汗孔直径介于50 ～ 100 μm之间的211个，指纹汗孔直径介于100 ～ 200 μm之间的10个，指纹汗孔直径在200 μm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 μm之间，也就是通常所说的小型汗孔；指纹汗孔直径介于100 ～ 200 μm之间的中型汗孔占比很少；指纹汗孔直径在200 μm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 μm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 μm以下、50～100 μm之间、100 μm以上变动。男3号的15个捺印样本中，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之间，Y12、Y15汗孔大小在50 μm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 μm以上的指纹汗孔中男性有8个，占比80%；211个直径介于50 ～ 100 μm之间的指纹汗孔中男性有125个，占比59%；79个直径在50 μm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 μm之间变动，女性平均值在52 ～ 64 μm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 μm，男5号29.5 ～ 98 μm，男7号34.5 ～ 115 μm；女1号35 ～ 93.5 μm，女2号29.5 ～ 74.5 μm，女8号41.5 ～ 89.5 μm。极差分别为：男3号76.5 μm，男5号68.5 μm，男7号80.5 μm，女1号58.5 μm，女2号45 μm，女8号48 μm。

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 μm以上，女性指纹汗孔大小的变化幅度在58.5 μm以下（图2、图3）。

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。

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

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。

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 μm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。