周 玲，雷建鋒，蔣春月 綜述，徐冬冬 審校

(川北醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系，四川 南充 637000)

生物特征識(shí)別指的是通過(guò)測(cè)量個(gè)體的生理或行為特征用于個(gè)體識(shí)別的技術(shù)。在所有生物特征識(shí)別中，指紋識(shí)別是最常用的方法。耳郭在一定出程度上與指紋類(lèi)似，也具備顯著的個(gè)體差異性。成年人的耳郭形狀和外觀具有唯一性且終生保持相對(duì)恒定的特征，因此耳郭具有重要的個(gè)人識(shí)別潛在價(jià)值。同時(shí)，耳郭在性別與種族鑒定及身高與年齡推斷方面也具有一定的應(yīng)用價(jià)值[1-3]。本文就人類(lèi)耳郭的相關(guān)參數(shù)、測(cè)量方法及法醫(yī)學(xué)應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

1 人類(lèi)耳郭的解剖結(jié)構(gòu)

人類(lèi)耳郭位于頭部?jī)蓚?cè)，多數(shù)研究表明左右耳郭尺寸對(duì)稱性良好[4-5]。耳郭的形狀通常由耳輪和耳垂的形狀所決定。耳郭的上方大部分以彈性軟骨為支架，外覆皮膚；下方的小部分無(wú)軟骨，僅含結(jié)締組織和脂肪，為耳垂。耳輪的前方有一與其平行的弧形隆起稱為對(duì)耳輪，對(duì)耳輪上端分叉形成對(duì)耳輪的上、下腳，兩腳之間的三角形淺窩稱三角窩。耳輪與對(duì)耳輪之間的狹長(zhǎng)凹陷稱耳舟，對(duì)耳輪與下腳尾部形成了耳甲的頂部和左部，名為耳甲艇；耳甲的下半部分稱為耳甲腔，耳甲腔的前方有一突起稱耳屏，后方的對(duì)耳輪下部有一突起稱對(duì)耳屏，耳屏與對(duì)耳屏之間有一凹陷稱耳屏間切跡。耳郭的形狀終生保持穩(wěn)定，同時(shí)具有個(gè)體差異性，是一種有價(jià)值的、可識(shí)別的容貌特征。

耳郭的皮膚由頭皮移行而來(lái)，完全被皮脂腺產(chǎn)生的皮脂物質(zhì)覆蓋。當(dāng)人的耳朵壓到物體表面時(shí)，皮脂物質(zhì)會(huì)在物體表面留下一個(gè)二維圖形稱為耳紋或耳印。由于耳郭表面并非平面，因此耳紋并不能全部反映耳郭結(jié)構(gòu)。典型耳紋包括耳輪前上部、達(dá)爾文點(diǎn)、耳輪后部、對(duì)耳輪、耳屏、對(duì)耳屏、耳垂和耳輪起點(diǎn)8個(gè)特征。耳紋作為一種個(gè)體特征，在一定程度上與指紋特征類(lèi)似，能有效反映個(gè)體的差異性。因此，可通過(guò)技術(shù)手段對(duì)耳紋特征辨識(shí)來(lái)判定個(gè)體身份。

2 耳郭相關(guān)參數(shù)與測(cè)量方法

耳郭測(cè)量參數(shù)包括線性和角度參數(shù)，所有測(cè)量參數(shù)的獲取都要求被測(cè)量者頭部處于Frankfurt平面。耳郭測(cè)量的線性參數(shù)主要包括耳長(zhǎng)和耳寬，常采用兩種標(biāo)定方法：第1種方法基于耳郭4個(gè)經(jīng)典標(biāo)記點(diǎn)(耳上點(diǎn)、耳下點(diǎn)、耳前點(diǎn)和耳后點(diǎn))進(jìn)行標(biāo)定。耳長(zhǎng)為耳上點(diǎn)至耳下點(diǎn)距離，耳寬是耳前點(diǎn)到耳后點(diǎn)的距離。第2種方法除包括耳長(zhǎng)、耳寬外，還包括耳垂長(zhǎng)度和寬度、耳甲腔深度和耳輪至乳突的距離，以及耳郭指數(shù)和耳垂指數(shù)等指標(biāo)。耳郭角度參數(shù)包括耳斜角、外耳突出角度和顱耳角等[6]。

耳郭相關(guān)參數(shù)測(cè)量方法主要有3種。第1種是通過(guò)游標(biāo)卡尺和(或)測(cè)角儀直接測(cè)量，該方法是研究者普遍采用的方法。第2種是通過(guò)相機(jī)拍攝耳郭照片，再結(jié)合計(jì)算機(jī)測(cè)量軟件進(jìn)行，又稱攝影測(cè)量法，具有高效、快速特點(diǎn)，便于大樣本收集和臨床應(yīng)用。但是，該方法屬于二維平面的測(cè)量，被測(cè)量者和標(biāo)尺必須在同一個(gè)平面且與相機(jī)的焦平面平行，測(cè)量才準(zhǔn)確[6]。人類(lèi)耳郭具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，攝影測(cè)量法顯然不適合對(duì)耳郭進(jìn)行多指標(biāo)測(cè)量。第3種是三維掃描測(cè)量系統(tǒng)，這種技術(shù)較前兩種方法具有獲取速度快、攝取范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在臨床與科研工作中應(yīng)用普遍，如3dMD、Canfield系統(tǒng)等[7-8]。隨著監(jiān)控技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展與進(jìn)步，耳郭三維測(cè)量與識(shí)別技術(shù)在公共安全領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

3 耳郭的法醫(yī)學(xué)應(yīng)用

3.1性別鑒定 多項(xiàng)研究表明，成年個(gè)體耳郭多項(xiàng)參數(shù)存在明顯性別差異。SFORZA等[9]研究了843例意大利健康個(gè)體(年齡4～73歲)耳郭數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)男性的耳長(zhǎng)、耳寬和耳郭面積大于女性(P<0.001)。AHMED等[10]通過(guò)直接測(cè)量法比較了200例蘇丹阿拉伯個(gè)體耳郭的6項(xiàng)線性參數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除耳垂寬度外，其他5項(xiàng)均存在性別差異，其判定性別交叉的準(zhǔn)確率為60.5%～72.0%，提示在其他性別鑒別指標(biāo)缺失情況下，線性參數(shù)可以用于輔助性別判定。馬新芳等[11]通過(guò)直接觀察法研究了維吾爾族成人外耳特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)耳輪形態(tài)有兩性差異。

關(guān)于未成年個(gè)體耳郭的性別差異還存在爭(zhēng)議。吳勝林等[12]研究了321例新生兒耳郭數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)容貌耳長(zhǎng)、容貌耳寬、形態(tài)耳長(zhǎng)和形態(tài)耳寬數(shù)據(jù)有顯著性別差異。王靜等[13]比較了186(男90例，女96例)例云南地區(qū)出生7 d內(nèi)新生兒的耳郭數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)容貌耳長(zhǎng)、容貌耳寬在性別方面有顯著差異，而形態(tài)耳長(zhǎng)、形態(tài)耳寬、顱耳間距、顱耳角在性別方面無(wú)顯著差異。王一丹等[14]通過(guò)數(shù)字化三維重建與測(cè)量分析正常蒙古族青年大學(xué)生耳郭參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，同一年齡段不同性別間容貌耳長(zhǎng)和容貌耳指數(shù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而形態(tài)耳長(zhǎng)、形態(tài)耳寬、容貌耳寬、耳垂長(zhǎng)、耳垂寬和形態(tài)耳指數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。MUTEWEYE等[15]對(duì)津巴布韋305例黑人學(xué)生(年齡9～13歲)外耳特征進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同性別學(xué)生平均耳長(zhǎng)、耳突出情況有顯著差異。

3.2種族鑒定 雖然研究者選用的測(cè)量指標(biāo)和測(cè)量方法不盡相同，但分析耳郭線性參數(shù)平均數(shù)據(jù)時(shí)仍可發(fā)現(xiàn)其存在種族差異。SHARMA等[16]研究發(fā)現(xiàn)，西印度群島人比高加索人和日本人擁有更小的耳垂。ALEXANDER等[17]比較了多個(gè)地區(qū)不同種族成年個(gè)體的耳郭數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)印度次大陸成年男性個(gè)體的平均耳長(zhǎng)和耳寬最大，其次為高加索人和加勒比黑人，而成年女性個(gè)體耳郭數(shù)據(jù)則無(wú)種族差異。鄭連斌等[18]報(bào)道中國(guó)北方漢族男性和女性耳長(zhǎng)分別為65.7、61.9 mm，耳寬分別為31.7、30.3 mm；中國(guó)男方漢族男性和女性耳長(zhǎng)分別為64.5、60.8 mm，耳寬分別為31.3、30.3 mm。盡管耳郭的大小存在上述種族和地區(qū)的差異，但潛在的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律是相似的[19]。

3.3與身高和年齡的相關(guān)性 有關(guān)耳郭與身高和年齡的相關(guān)性，學(xué)者們進(jìn)行了大量研究。早在1995年，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)年齡與耳長(zhǎng)呈正相關(guān)。MEIJERMAN等[20]提出，雖然耳郭尺寸與年齡和身高均呈正相關(guān)，但不建議將經(jīng)身高校正的耳郭尺寸用于個(gè)體年齡推斷，因?yàn)槿后w平均身高有不斷增高的趨勢(shì)。李詠蘭等[21]研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增長(zhǎng)，南方漢族人容貌耳長(zhǎng)和容貌耳寬數(shù)值呈線性上升規(guī)律，并且這種變化在年齡組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。吳怡等[22]研究了兒童組、青年組和成年組3個(gè)年齡段的耳廓來(lái)源軟骨細(xì)胞的生物學(xué)特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞成骨分化能力隨著年齡的增長(zhǎng)不斷降低，流式和熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的結(jié)果均表明間充質(zhì)干細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)隨著年齡的增長(zhǎng)逐漸降低，以CD90最為明顯。FABRIZIO等[23]研究指出，對(duì)于耳郭與年齡的相關(guān)性研究選擇準(zhǔn)確的測(cè)量方法固然重要，但要想獲取準(zhǔn)確結(jié)果應(yīng)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行終生追蹤測(cè)量。

3.4個(gè)體識(shí)別 人類(lèi)耳郭是一種有價(jià)值的、可識(shí)別的容貌特征，可用于容貌重建、基于照片的個(gè)人識(shí)別和尸體的身份確定。

3.4.1人耳識(shí)別技術(shù) 人耳具有獨(dú)特的生理特征，因此人耳識(shí)別技術(shù)具有相當(dāng)?shù)睦碚撗芯績(jī)r(jià)值和廣闊應(yīng)用前景。人耳識(shí)別與指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、人臉識(shí)別等生物識(shí)別技術(shù)相比，具有獨(dú)特的實(shí)用性和理論研究?jī)r(jià)值，并越來(lái)越受到專家學(xué)者的關(guān)注。人耳識(shí)別系統(tǒng)通常包括人耳圖像采集與預(yù)處理、人耳圖像邊緣檢測(cè)與分割、特征提取和人耳圖像識(shí)別。最早出現(xiàn)的人耳識(shí)別系統(tǒng)是由美國(guó)人提出的Iannerelli人耳分類(lèi)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以耳郭解剖學(xué)特征作為測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過(guò)特制透明羅盤(pán)在被測(cè)耳郭圖片上標(biāo)定測(cè)量點(diǎn)，根據(jù)得到的測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合性別、種族等信息識(shí)別不同的耳郭，能用于人耳自動(dòng)識(shí)別。1999年，出現(xiàn)了第一個(gè)基于人耳幾何特征和壓縮網(wǎng)絡(luò)的全自動(dòng)人耳檢測(cè)程序。胡穎等[24]提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人耳識(shí)別方法，該方法方法直接提取人耳圖像特征，利用兩次特征提取及分類(lèi)識(shí)別算法，在人耳姿態(tài)變化時(shí)能夠保持良好的識(shí)別概率，對(duì)人耳識(shí)別角度變化具有較好的魯棒性。除此之外，還有基于主元分析的人耳識(shí)別方法、基于不變矩的人耳識(shí)別方法、基于傅立葉系數(shù)的外耳邊緣方法和基于三維人耳檢測(cè)和識(shí)別方法等。這些人耳識(shí)別方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，都是對(duì)人耳識(shí)別技術(shù)的有益探索。

3.4.2耳紋的個(gè)人識(shí)別 耳紋是耳郭與載體接觸、擠壓過(guò)程中在平面上遺留的二維印痕，可以一定程度反映耳郭的形態(tài)特征，又稱耳印。由于耳郭表面并非平面，因此耳紋不能完全反映耳郭的所有組成部位，其所能反映的部位有耳輪、對(duì)耳輪、耳屏、對(duì)耳屏、耳垂等。1970年，荷蘭學(xué)者發(fā)表了關(guān)于耳紋鑒定用于盜竊案?jìng)善频奈恼?。該文較系統(tǒng)介紹了通過(guò)耳紋鑒定進(jìn)行個(gè)體識(shí)別的過(guò)程，成為當(dāng)時(shí)耳紋鑒定的重要參考文獻(xiàn)。2002—2005年，歐盟啟動(dòng)耳朵法醫(yī)學(xué)鑒定研究課題，主要研究?jī)?nèi)容為確定耳紋分類(lèi)方法和評(píng)估耳郭印痕的證據(jù)強(qiáng)度[25]。該課題組結(jié)合已有研究成果提出，根據(jù)細(xì)節(jié)特征可將耳紋痕跡分為耳輪點(diǎn)前端、耳輪點(diǎn)后端、耳輪痕等29個(gè)組成部分，其中耳輪腳、對(duì)耳輪腳和耳甲艇痕跡較少見(jiàn)。該研究還發(fā)現(xiàn)，耳郭不同部位形態(tài)結(jié)構(gòu)(如高度和彈性)、耳郭皮膚表面分泌油脂量及耳郭與接觸面的壓力等因素均可導(dǎo)致耳紋痕跡的個(gè)體內(nèi)變異。耳紋痕跡的不完整或辨認(rèn)質(zhì)量不高和個(gè)體內(nèi)變異的存在都降低了耳紋痕跡比對(duì)的客觀性和準(zhǔn)確性。因此，確定耳紋痕跡的穩(wěn)定性指標(biāo)和個(gè)體內(nèi)變異的程度對(duì)設(shè)計(jì)能夠區(qū)分個(gè)體內(nèi)和個(gè)體間差異的耳紋分類(lèi)識(shí)別系統(tǒng)非常有意義。該課題組同時(shí)指出，耳紋痕跡成為高證據(jù)價(jià)值物證的前提是必須具備低個(gè)體內(nèi)差異出現(xiàn)率和高個(gè)體間差異出現(xiàn)率的特點(diǎn)。RUTTY等[26]以Iannerelli人耳分類(lèi)系統(tǒng)為依據(jù)設(shè)計(jì)了方形網(wǎng)格耳紋測(cè)量體系，通過(guò)對(duì)足跡比對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了對(duì)耳紋的測(cè)量比對(duì)。耳紋鑒定的計(jì)算機(jī)化極大程度提高了耳紋比對(duì)的效率，為耳紋鑒定的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基礎(chǔ)。隨著耳紋數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與完善，使機(jī)構(gòu)間耳紋數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程比對(duì)成為可能。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各種圖像識(shí)別算法不斷出現(xiàn)，因此耳紋比對(duì)的自動(dòng)化程度和準(zhǔn)確性不斷提高[27]。雖然耳紋痕跡作為唯一或關(guān)鍵證據(jù)已用于部分案件的偵查與審判，但耳紋證據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性仍然需要考慮。KRISHAN等[25]指出，因耳紋證據(jù)的間接指向性，對(duì)耳紋證據(jù)的研究仍處于初步階段。

3.4.3耳紋DNA分型 1997年，有學(xué)者首次發(fā)現(xiàn)手部接觸可以留下接觸者的DNA且其DNA殘留量有個(gè)體差異性。隨后，研究者分別在皮膚、承載物、作案工具等多種載體表面檢測(cè)到轉(zhuǎn)移DNA，其來(lái)源包括體液、表皮脫落細(xì)胞、游離DNA等。LOWE等[28]首次提出個(gè)體DNA脫落狀態(tài)的概念，并建立相應(yīng)的測(cè)量方法。根據(jù)個(gè)體DNA脫落狀態(tài)不同，可將人群分為重度、中度和輕度3種類(lèi)型。MAGEE等[29]研究了陳舊衣服領(lǐng)口和袖口轉(zhuǎn)移DNA的構(gòu)成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)個(gè)體細(xì)胞脫落狀態(tài)和(或)服裝與皮膚之間的接觸方式比穿著時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)移DNA的量具有更大影響。OTTEN等[30]通過(guò)案件情景模擬方式研究了手套上的轉(zhuǎn)移DNA情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)個(gè)體的脫落細(xì)胞狀態(tài)直接影響DNA轉(zhuǎn)移程度，重度DNA脫落志愿者DNA更易轉(zhuǎn)移至手套的表面及內(nèi)部。關(guān)于耳紋轉(zhuǎn)移DNA檢驗(yàn)的文獻(xiàn)較少見(jiàn)，GRAHAM等[31]學(xué)者對(duì)來(lái)自3例志愿者的60例耳紋樣本進(jìn)行了DNA分型研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多例耳紋樣本DNA分型呈現(xiàn)混合斑特征，既有來(lái)自志愿者的等位基因，也有外源的等位基因。其中，1例樣本為單一個(gè)體分型且等位基因全部來(lái)自志愿者；7例樣本DNA分型中外源性等位基因數(shù)量多于來(lái)自志愿者等位基因；1例樣本只檢測(cè)到1個(gè)等位基因。該研究指出，在排除實(shí)驗(yàn)室污染的前提下，耳紋樣本DNA分型中的外源性等位基因的確切來(lái)源難以確定，推測(cè)可能志愿者近期在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前與別的個(gè)體發(fā)生過(guò)耳部接觸或使用過(guò)公共電話。該研究進(jìn)一步指出，大量出現(xiàn)的外源性等位基因令對(duì)來(lái)源于案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的耳紋DNA分型的解讀具有不確定性，耳紋DNA分型證據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性也將受到影響。有研究指出，對(duì)轉(zhuǎn)移DNA分析是一個(gè)高度復(fù)雜且多因素參與的過(guò)程，包括轉(zhuǎn)移DNA形成、持續(xù)和回收3個(gè)環(huán)節(jié)，有組織來(lái)源、身體部位、年齡、性別、個(gè)體DNA脫落狀態(tài)、載體性質(zhì)等多種因素參與[32-33]。該研究同時(shí)指出，有關(guān)轉(zhuǎn)移DNA的現(xiàn)有文獻(xiàn)中存在數(shù)據(jù)收集和結(jié)果分析的不一致性，這是進(jìn)行轉(zhuǎn)移DNA研究的另一障礙。因此，對(duì)來(lái)源于特定場(chǎng)景的轉(zhuǎn)移DNA的分析應(yīng)從多角度慎重考慮和評(píng)估。

4 小 結(jié)

人類(lèi)耳郭具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，具備用于生物識(shí)別的特征，在性別、種族、年齡與身高及公共安全領(lǐng)域被廣泛研究。耳印作為耳郭的平面特征呈現(xiàn)方式，一定程度上可以反映個(gè)體的耳郭特征，但其容易受到如按壓力度、與載體接觸角度、皮脂含量等因素影響。隨著耳紋數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與完善，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各種圖像識(shí)別算法的不斷出現(xiàn)，耳紋比對(duì)的自動(dòng)化程度和準(zhǔn)確性將不斷提高。耳紋DNA分型可呈現(xiàn)混合斑分型特征，除可檢測(cè)到相關(guān)個(gè)體等位基因外，還可能檢測(cè)到無(wú)關(guān)個(gè)體的等位基因，因此將耳紋DNA分型證據(jù)用于案件偵查或?qū)徟袝r(shí)需謹(jǐn)慎。耳郭及其痕跡作為一種生物特征在人類(lèi)學(xué)、法庭科學(xué)、公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用仍需進(jìn)一步研究。