耳郭的法医学应用研究进展*

周 玲，雷建锋，蒋春月 综述，徐冬冬 审校

(川北医学院法医学系，四川 南充 637000)

生物特征识别指的是通过测量个体的生理或行为特征用于个体识别的技术。在所有生物特征识别中，指纹识别是最常用的方法。耳郭在一定出程度上与指纹类似，也具备显著的个体差异性。成年人的耳郭形状和外观具有唯一性且终生保持相对恒定的特征，因此耳郭具有重要的个人识别潜在价值。同时，耳郭在性别与种族鉴定及身高与年龄推断方面也具有一定的应用价值[1-3]。本文就人类耳郭的相关参数、测量方法及法医学应用进行了综述。

1 人类耳郭的解剖结构

人类耳郭位于头部两侧，多数研究表明左右耳郭尺寸对称性良好[4-5]。耳郭的形状通常由耳轮和耳垂的形状所决定。耳郭的上方大部分以弹性软骨为支架，外覆皮肤；下方的小部分无软骨，仅含结缔组织和脂肪，为耳垂。耳轮的前方有一与其平行的弧形隆起称为对耳轮，对耳轮上端分叉形成对耳轮的上、下脚，两脚之间的三角形浅窝称三角窝。耳轮与对耳轮之间的狭长凹陷称耳舟，对耳轮与下脚尾部形成了耳甲的顶部和左部，名为耳甲艇；耳甲的下半部分称为耳甲腔，耳甲腔的前方有一突起称耳屏，后方的对耳轮下部有一突起称对耳屏，耳屏与对耳屏之间有一凹陷称耳屏间切迹。耳郭的形状终生保持稳定，同时具有个体差异性，是一种有价值的、可识别的容貌特征。

耳郭的皮肤由头皮移行而来，完全被皮脂腺产生的皮脂物质覆盖。当人的耳朵压到物体表面时，皮脂物质会在物体表面留下一个二维图形称为耳纹或耳印。由于耳郭表面并非平面，因此耳纹并不能全部反映耳郭结构。典型耳纹包括耳轮前上部、达尔文点、耳轮后部、对耳轮、耳屏、对耳屏、耳垂和耳轮起点8个特征。耳纹作为一种个体特征，在一定程度上与指纹特征类似，能有效反映个体的差异性。因此，可通过技术手段对耳纹特征辨识来判定个体身份。

2 耳郭相关参数与测量方法

耳郭测量参数包括线性和角度参数，所有测量参数的获取都要求被测量者头部处于Frankfurt平面。耳郭测量的线性参数主要包括耳长和耳宽，常采用两种标定方法：第1种方法基于耳郭4个经典标记点(耳上点、耳下点、耳前点和耳后点)进行标定。耳长为耳上点至耳下点距离，耳宽是耳前点到耳后点的距离。第2种方法除包括耳长、耳宽外，还包括耳垂长度和宽度、耳甲腔深度和耳轮至乳突的距离，以及耳郭指数和耳垂指数等指标。耳郭角度参数包括耳斜角、外耳突出角度和颅耳角等[6]。

耳郭相关参数测量方法主要有3种。第1种是通过游标卡尺和(或)测角仪直接测量，该方法是研究者普遍采用的方法。第2种是通过相机拍摄耳郭照片，再结合计算机测量软件进行，又称摄影测量法，具有高效、快速特点，便于大样本收集和临床应用。但是，该方法属于二维平面的测量，被测量者和标尺必须在同一个平面且与相机的焦平面平行，测量才准确[6]。人类耳郭具有复杂的三维结构，摄影测量法显然不适合对耳郭进行多指标测量。第3种是三维扫描测量系统，这种技术较前两种方法具有获取速度快、摄取范围广泛等优点，在临床与科研工作中应用普遍，如3dMD、Canfield系统等[7-8]。随着监控技术和设备的发展与进步，耳郭三维测量与识别技术在公共安全领域应用广泛。

3 耳郭的法医学应用

3.1性别鉴定 多项研究表明，成年个体耳郭多项参数存在明显性别差异。SFORZA等[9]研究了843例意大利健康个体(年龄4～73岁)耳郭数据，结果发现男性的耳长、耳宽和耳郭面积大于女性(P<0.001)。AHMED等[10]通过直接测量法比较了200例苏丹阿拉伯个体耳郭的6项线性参数，结果发现除耳垂宽度外，其他5项均存在性别差异，其判定性别交叉的准确率为60.5%～72.0%，提示在其他性别鉴别指标缺失情况下，线性参数可以用于辅助性别判定。马新芳等[11]通过直接观察法研究了维吾尔族成人外耳特征，结果发现耳轮形态有两性差异。

关于未成年个体耳郭的性别差异还存在争议。吴胜林等[12]研究了321例新生儿耳郭数据，结果发现容貌耳长、容貌耳宽、形态耳长和形态耳宽数据有显著性别差异。王静等[13]比较了186(男90例，女96例)例云南地区出生7 d内新生儿的耳郭数据，结果发现容貌耳长、容貌耳宽在性别方面有显著差异，而形态耳长、形态耳宽、颅耳间距、颅耳角在性别方面无显著差异。王一丹等[14]通过数字化三维重建与测量分析正常蒙古族青年大学生耳郭参数时发现，同一年龄段不同性别间容貌耳长和容貌耳指数差异有统计学意义(P<0.05)，而形态耳长、形态耳宽、容貌耳宽、耳垂长、耳垂宽和形态耳指数差异无统计学意义(P>0.05)。MUTEWEYE等[15]对津巴布韦305例黑人学生(年龄9～13岁)外耳特征进行研究时发现，不同性别学生平均耳长、耳突出情况有显著差异。

3.2种族鉴定 虽然研究者选用的测量指标和测量方法不尽相同，但分析耳郭线性参数平均数据时仍可发现其存在种族差异。SHARMA等[16]研究发现，西印度群岛人比高加索人和日本人拥有更小的耳垂。ALEXANDER等[17]比较了多个地区不同种族成年个体的耳郭数据，结果发现印度次大陆成年男性个体的平均耳长和耳宽最大，其次为高加索人和加勒比黑人，而成年女性个体耳郭数据则无种族差异。郑连斌等[18]报道中国北方汉族男性和女性耳长分别为65.7、61.9 mm，耳宽分别为31.7、30.3 mm；中国男方汉族男性和女性耳长分别为64.5、60.8 mm，耳宽分别为31.3、30.3 mm。尽管耳郭的大小存在上述种族和地区的差异，但潜在的生长发育规律是相似的[19]。

3.3与身高和年龄的相关性 有关耳郭与身高和年龄的相关性，学者们进行了大量研究。早在1995年，有学者发现年龄与耳长呈正相关。MEIJERMAN等[20]提出，虽然耳郭尺寸与年龄和身高均呈正相关，但不建议将经身高校正的耳郭尺寸用于个体年龄推断，因为群体平均身高有不断增高的趋势。李咏兰等[21]研究发现，随着年龄的增长，南方汉族人容貌耳长和容貌耳宽数值呈线性上升规律，并且这种变化在年龄组间的差异有统计学意义(P<0.05)。吴怡等[22]研究了儿童组、青年组和成年组3个年龄段的耳廓来源软骨细胞的生物学特性，结果发现细胞成骨分化能力随着年龄的增长不断降低，流式和荧光定量聚合酶链式反应的结果均表明间充质干细胞标志物的表达随着年龄的增长逐渐降低，以CD90最为明显。FABRIZIO等[23]研究指出，对于耳郭与年龄的相关性研究选择准确的测量方法固然重要，但要想获取准确结果应对研究对象进行终生追踪测量。

3.4个体识别 人类耳郭是一种有价值的、可识别的容貌特征，可用于容貌重建、基于照片的个人识别和尸体的身份确定。

3.4.1人耳识别技术 人耳具有独特的生理特征，因此人耳识别技术具有相当的理论研究价值和广阔应用前景。人耳识别与指纹识别、虹膜识别、人脸识别等生物识别技术相比，具有独特的实用性和理论研究价值，并越来越受到专家学者的关注。人耳识别系统通常包括人耳图像采集与预处理、人耳图像边缘检测与分割、特征提取和人耳图像识别。最早出现的人耳识别系统是由美国人提出的Iannerelli人耳分类系统。该系统以耳郭解剖学特征作为测量系统的基础，通过特制透明罗盘在被测耳郭图片上标定测量点，根据得到的测量数据结合性别、种族等信息识别不同的耳郭，能用于人耳自动识别。1999年，出现了第一个基于人耳几何特征和压缩网络的全自动人耳检测程序。胡颖等[24]提出了一种基于卷积神经网络的人耳识别方法，该方法方法直接提取人耳图像特征，利用两次特征提取及分类识别算法，在人耳姿态变化时能够保持良好的识别概率，对人耳识别角度变化具有较好的鲁棒性。除此之外，还有基于主元分析的人耳识别方法、基于不变矩的人耳识别方法、基于傅立叶系数的外耳边缘方法和基于三维人耳检测和识别方法等。这些人耳识别方案各有优缺点，都是对人耳识别技术的有益探索。

3.4.2耳纹的个人识别 耳纹是耳郭与载体接触、挤压过程中在平面上遗留的二维印痕，可以一定程度反映耳郭的形态特征，又称耳印。由于耳郭表面并非平面，因此耳纹不能完全反映耳郭的所有组成部位，其所能反映的部位有耳轮、对耳轮、耳屏、对耳屏、耳垂等。1970年，荷兰学者发表了关于耳纹鉴定用于盗窃案侦破的文章。该文较系统介绍了通过耳纹鉴定进行个体识别的过程，成为当时耳纹鉴定的重要参考文献。2002—2005年，欧盟启动耳朵法医学鉴定研究课题，主要研究内容为确定耳纹分类方法和评估耳郭印痕的证据强度[25]。该课题组结合已有研究成果提出，根据细节特征可将耳纹痕迹分为耳轮点前端、耳轮点后端、耳轮痕等29个组成部分，其中耳轮脚、对耳轮脚和耳甲艇痕迹较少见。该研究还发现，耳郭不同部位形态结构(如高度和弹性)、耳郭皮肤表面分泌油脂量及耳郭与接触面的压力等因素均可导致耳纹痕迹的个体内变异。耳纹痕迹的不完整或辨认质量不高和个体内变异的存在都降低了耳纹痕迹比对的客观性和准确性。因此，确定耳纹痕迹的稳定性指标和个体内变异的程度对设计能够区分个体内和个体间差异的耳纹分类识别系统非常有意义。该课题组同时指出，耳纹痕迹成为高证据价值物证的前提是必须具备低个体内差异出现率和高个体间差异出现率的特点。RUTTY等[26]以Iannerelli人耳分类系统为依据设计了方形网格耳纹测量体系，通过对足迹比对软件进行升级改造，实现了对耳纹的测量比对。耳纹鉴定的计算机化极大程度提高了耳纹比对的效率，为耳纹鉴定的自动化和标准化奠定了基础。随着耳纹数据库的建立与完善，使机构间耳纹数据共享和远程比对成为可能。随着信息技术的不断发展，基于人工神经网络的各种图像识别算法不断出现，因此耳纹比对的自动化程度和准确性不断提高[27]。虽然耳纹痕迹作为唯一或关键证据已用于部分案件的侦查与审判，但耳纹证据的可靠性与准确性仍然需要考虑。KRISHAN等[25]指出，因耳纹证据的间接指向性，对耳纹证据的研究仍处于初步阶段。

3.4.3耳纹DNA分型 1997年，有学者首次发现手部接触可以留下接触者的DNA且其DNA残留量有个体差异性。随后，研究者分别在皮肤、承载物、作案工具等多种载体表面检测到转移DNA，其来源包括体液、表皮脱落细胞、游离DNA等。LOWE等[28]首次提出个体DNA脱落状态的概念，并建立相应的测量方法。根据个体DNA脱落状态不同，可将人群分为重度、中度和轻度3种类型。MAGEE等[29]研究了陈旧衣服领口和袖口转移DNA的构成，结果发现个体细胞脱落状态和(或)服装与皮肤之间的接触方式比穿着时间对转移DNA的量具有更大影响。OTTEN等[30]通过案件情景模拟方式研究了手套上的转移DNA情况，结果发现个体的脱落细胞状态直接影响DNA转移程度，重度DNA脱落志愿者DNA更易转移至手套的表面及内部。关于耳纹转移DNA检验的文献较少见，GRAHAM等[31]学者对来自3例志愿者的60例耳纹样本进行了DNA分型研究，结果发现多例耳纹样本DNA分型呈现混合斑特征，既有来自志愿者的等位基因，也有外源的等位基因。其中，1例样本为单一个体分型且等位基因全部来自志愿者；7例样本DNA分型中外源性等位基因数量多于来自志愿者等位基因；1例样本只检测到1个等位基因。该研究指出，在排除实验室污染的前提下，耳纹样本DNA分型中的外源性等位基因的确切来源难以确定，推测可能志愿者近期在进行实验前与别的个体发生过耳部接触或使用过公共电话。该研究进一步指出，大量出现的外源性等位基因令对来源于案发现场的耳纹DNA分型的解读具有不确定性，耳纹DNA分型证据的准确性与可靠性也将受到影响。有研究指出，对转移DNA分析是一个高度复杂且多因素参与的过程，包括转移DNA形成、持续和回收3个环节，有组织来源、身体部位、年龄、性别、个体DNA脱落状态、载体性质等多种因素参与[32-33]。该研究同时指出，有关转移DNA的现有文献中存在数据收集和结果分析的不一致性，这是进行转移DNA研究的另一障碍。因此，对来源于特定场景的转移DNA的分析应从多角度慎重考虑和评估。

4 小 结

人类耳郭具有复杂的三维结构，具备用于生物识别的特征，在性别、种族、年龄与身高及公共安全领域被广泛研究。耳印作为耳郭的平面特征呈现方式，一定程度上可以反映个体的耳郭特征，但其容易受到如按压力度、与载体接触角度、皮脂含量等因素影响。随着耳纹数据库的建立与完善，基于人工神经网络的各种图像识别算法的不断出现，耳纹比对的自动化程度和准确性将不断提高。耳纹DNA分型可呈现混合斑分型特征，除可检测到相关个体等位基因外，还可能检测到无关个体的等位基因，因此将耳纹DNA分型证据用于案件侦查或审判时需谨慎。耳郭及其痕迹作为一种生物特征在人类学、法庭科学、公共安全领域的应用仍需进一步研究。