活體指掌紋采集儀在新生兒腳紋采集中的應用

凌 晨

(首都醫科大學附屬北京婦產醫院信息中心 北京 100026)

1 引言

在嬰兒出生時，醫院為避免出現混淆的問題，利用拓印腳紋作為新生兒真實身份的憑證依據。選用腳紋的理由包括腳紋與指紋、掌紋一樣帶有人的遺傳信息，具有豐富且穩定的紋路，是人體獨一無二的特征，目前還未發現具有相同腳紋的新生兒。腳紋的采集相對于指紋和掌紋而言較為方便；腳掌的面積更大，可以采集到的信息更豐富，即使在高噪聲、低分辨率的腳紋圖像上仍然可以提取出用于身份識別的特征[1]。

采集腳紋圖像對新生兒進行標識，現行的做法是在新生兒的腳掌上涂上印墨，然后再將腳紋拓印在紙上。這種傳統方法存在以下問題：使用印墨的采集方式并不是很衛生；印墨和紙張質量很容易影響到腳紋圖像質量；采集時用力程度不均勻，易使得采集的腳紋卻失部分腳掌信息；要得到數字化圖像就必須通過掃描儀進行轉換，對于電子病歷系統而言不實用，也與醫院信息系統無紙化的目標相違背；不便于腳紋數據再利用。因此傳統的新生兒腳紋采集方法已經不能滿足當前醫院信息化發展的需求，基于數字化圖像的采集已成為新的選擇。筆者查閱相關資料后發現目前鮮有使用數字化方法采集新生兒腳紋的應用案例。

2 采集技術選擇

2.1 政策依據

2006-2008年公安部刑偵局根據指紋信息工作需要組織制定《活體指紋圖像采集技術規范》(6A/T625-2006)、《指紋自動識別系統術語》等50種標準；2009年公安部刑偵局組織政府、檢測、標準、公安用戶、產品生產企業等單位的專家和技術人員制修訂《活體掌紋圖像采集技術規范》、《活體指紋/掌紋采集設備測試技術規范》等10項公安刑偵指/掌紋信息行業系列標準，于2010年6月1日起實施[2]。這從政策層面上為指掌紋采集工作指明方向。活體指掌紋采集是一種全新的采集方法，直接利用光電模塊掃描獲取采集人指紋或掌紋信息。由于具有高效、便捷、可重復采集、不易污損等特點，得到推廣和應用。活體指掌紋采集現已被應用于公安機關建立二代身份證以及活體指掌紋樣本庫的工作中。

2.2 活體指掌紋采集技術

指紋、掌紋和腳紋都屬于皮紋，形成于真皮層。早期的光學設備采集的僅僅是表皮層的紋路信息，然而表皮紋路會隨著年齡的增長變得模糊。新一代活體指掌紋采集則是探測到真皮層，其紋路信息較表皮層更清晰、準確，利用持續有效的特征數據、相對的溫度和濕度等多項技術衡量指標來保證只對真人活體產生識別反應。這種技術可以有效杜絕假指紋，而且對于干濕、粗糙的皮膚都具有良好的適應性。隨著光學成像和光電傳感器技術不斷進步，在實際應用中該技術將因更顯著的綜合優勢而得到廣泛應用[3]。活體指掌紋采集儀的主要技術指標，見表1。

表1 活體指掌紋采集儀主要技術指標[4]

表1

3 設計應用

3.1 采集設備集成

由于依托于醫院信息系統與護理管理系統，所以主要考慮采集設備的集成和功能應用的問題。當前醫院信息系統為瀏覽器/服務器(Browser/Server，B/S)架構，功能頁面不能直接驅動活體指掌紋儀進行采集，需要根據廠家提供的軟件開發工具包(Software Development Kit，SDK)，包裝OCX對象，提供網頁中使用，進而方便調用其提供的初始化、采集、關閉等功能。系統結構，見圖1。

圖1 活體指掌紋采集儀系統結構

3.2 數據安全

3.2.1 腳紋數據完整性 從活體指掌紋采集儀采集的腳紋圖像不進行任何處理和后期加工，而是直接轉換為Base64編碼的數據進行保存。已采集并保存的數據可以作廢，但是不允許刪除。

3.2.2 腳紋數據安全性 醫護人員的簽名是電子病歷非常重要的組成部分。電子病歷在經過數字簽名后便真正具有法律效應。一般使用USB Key和認證服務器來實現電子簽名。數字證書是由證書授權(Certificate Authority，CA)中心簽發，以數字證書為核心的加密技術可以對腳紋圖像數據進行加密和解密、數字簽名和驗證簽名，以確保其有效性和完整性，徹底解決數據真實可靠的問題[5]。

3.2.3 用戶權限區分 用戶權限分為采集員和醫生權限。采集員可以進行腳紋采集，保存采集結果，查看以及作廢腳紋圖像，生成新生兒腳紋采集病歷；醫生只能檢索閱讀個人所管轄的新生兒病歷。以上操作權限都通過醫院信息系統數據庫進行認證，記錄所有操作的日志。

3.3 采集工作流程

利用活體指掌紋采集儀獲取新生兒腳紋。操作時首先進入采集界面，將新生兒腳部擦干，助產士左手抱住嬰兒，右手抓住嬰兒右腳踝部，待嬰兒腳趾呈放松姿態，從腳跟部分開始接觸活體指掌紋采集儀的采集窗口，逐漸向前直至腳趾，因為腳心部位一般是凹陷的，不易采集，所以同時需按壓腳背進行采集[6]。點擊采集按鈕，采集過程中需保持嬰兒腳掌緊貼采集窗口，此時可在界面顯示抓取的腳紋圖像。若圖像效果不理想，可調整嬰兒腳掌與采集窗口的接觸，重新采集。采集得到的腳紋圖像連同新生兒的基本信息一起作為原文，通過數字簽名功能生成加密數據。腳紋圖像及數字簽名加密數據都將保存在醫院信息系統數據庫中。采集工作流程，見圖2。

圖2 采集工作流程

3.4 軟件功能模塊

3.4.1 新生兒腳紋管理頁面 為本系統主頁面，顯示當前在院的新生兒列表，顯示出腳紋采集情況，以防止遺漏。同時也是各個相關功能的入口。

3.4.2 腳紋采集 從管理頁面選中一條新生兒記錄，點擊采集按鈕，進入采集功能頁面，首先創建OCX對象，同時調用其初始化方法，此時設備已經就緒，等待采集；將嬰兒腳掌緊貼采集窗口，按下采集按鈕，此時將從活體指掌紋采集儀采集到腳紋圖像，然后通過轉換算法，將其轉為Base64編碼格式的數據，直接在頁面上顯示出來；采集頁面關閉時將調用活體指掌紋采集儀的關閉方法，用以關閉設備。

3.4.3 數據保存 當采集的圖像效果滿足需求時按下頁面的保存按鈕。需要采集員插入USB Key，此時將使用到數字簽名功能。將新生兒的基本信息同腳紋圖像的Base64編碼數據一起作為簽名原文，進行數字簽名，得到加密數據，最后將腳紋圖像的Base64編碼數據和數字簽名的加密數據一起提交到醫院信息系統數據庫進行保存。

3.4.4 圖像查看 首先在管理頁面中的新生兒列表中選中一條記錄。單擊閱讀按鈕，可以從數據庫中獲取指定新生兒的腳紋記錄，由于保存在數據庫中的腳紋圖像是以Base64編碼的數據，超文本標記語言(Hypertext Markup Language，HTML)頁面的img標簽支持直接顯示此類型數據的圖像，所以無需做任何轉換處理便可直接在頁面上展現。

3.4.5 圖像作廢 任何經過數字簽名并保存的數據都不應被刪除。如果因為對采集的效果不滿意或其他原因需要重新采集的，先選中指定的新生兒記錄，然后點擊作廢按鈕，將原采集的圖像記錄設置為失效狀態，此時可點擊采集按鈕，重新進行采集。

3.4.6 生成新生兒腳紋記錄單 每名新生兒僅允許存在1份此類記錄單，所以應首先檢查是否存在已生成的有效記錄單，若沒有將調用電子病歷書寫系統接口，自動生成1份新生兒腳紋記錄單，一旦保存，對應的腳紋記錄將被鎖定，除非刪除對應文檔，否則不允許對此腳紋記錄做任何操作。

4 應用分析

4.1 應用效果

利用活體指掌紋采集儀對新生兒的腳紋進行數字化采集，解決長期以來使用印墨和紙張進行腳紋拓印而無法實現無紙化的問題。配合數字簽名技術保證真實準確。由于產生的是數字化圖像，可直接被電子歸檔，省略從紙質病歷掃描成電子化的環節，避免人力、耗材的浪費，符合醫院信息化建設發展要求。同時數字化采集到的腳紋效果相對于傳統采集方式更加清晰，細節更明顯，所包含的信息點更多，對日后腳紋數據的再利用有極大幫助。新生兒腳紋采集效果，見圖3。

圖3 新生兒腳紋采集效果

4.2 存在的問題和改進

在活體指掌紋采集儀投入運行后，根據醫護人員反饋發現由于設計之初并未考慮到該儀器會被應用于新生兒的腳紋采集工作，實際使用中有所不便。對此根據產房的實際情況和新生兒的身體特點，為采集儀定制特殊支架并配上嬰兒籃。在進行采集工作時可將新生兒放置其上，而新生兒的腳掌正好落在采集窗口上，方便采集工作的開展，減輕助產士的工作負擔。

4.3 展望

腳紋具有唯一性和不變性，因此以腳紋特征來識別身份是行之有效的方法。如果嬰幼兒在出生時采集數字化腳紋，連同電子出生證一起上報，進入全國公安人口信息庫，可在早期確立公民相關信息，防止嬰兒抱錯事件的發生，減少醫患之間矛盾，改善醫患關系[7]。此外在尋找失散兒童時，對腳紋進行檢查能夠快速有效地鑒定兒童身份，有效緩解兒童丟失案件的高發態勢，維護社會和諧穩定。

5 結語

通過引入在公安行業中廣泛使用的活體指掌紋采集儀來實現新生兒腳紋數字化采集,對采集儀進行實際應用。采集無需使用印墨和紙張，衛生、無污染、方便快捷，符合醫院信息化建設發展要求。改變長期以來使用印墨和紙張進行采集的傳統做法，有助于醫院實現無紙化辦公目標。同時通過吸收其他行業中優秀的技術解決方案，與醫院信息化相融合，提高電子病歷應用水平。