耳郭的法醫學應用研究進展*

周 玲，雷建鋒，蔣春月 綜述，徐冬冬 審校

(川北醫學院法醫學系，四川 南充 637000)

生物特征識別指的是通過測量個體的生理或行為特征用于個體識別的技術。在所有生物特征識別中，指紋識別是最常用的方法。耳郭在一定出程度上與指紋類似，也具備顯著的個體差異性。成年人的耳郭形狀和外觀具有唯一性且終生保持相對恒定的特征，因此耳郭具有重要的個人識別潛在價值。同時，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用價值[1-3]。本文就人類耳郭的相關參數、測量方法及法醫學應用進行了綜述。

1 人類耳郭的解剖結構

人類耳郭位于頭部兩側，多數研究表明左右耳郭尺寸對稱性良好[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；下方的小部分無軟骨，僅含結締組織和脂肪，為耳垂。耳輪的前方有一與其平行的弧形隆起稱為對耳輪，對耳輪上端分叉形成對耳輪的上、下腳，兩腳之間的三角形淺窩稱三角窩。耳輪與對耳輪之間的狹長凹陷稱耳舟，對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，后方的對耳輪下部有一突起稱對耳屏，耳屏與對耳屏之間有一凹陷稱耳屏間切跡。耳郭的形狀終生保持穩定，同時具有個體差異性，是一種有價值的、可識別的容貌特征。

耳郭的皮膚由頭皮移行而來，完全被皮脂腺產生的皮脂物質覆蓋。當人的耳朵壓到物體表面時，皮脂物質會在物體表面留下一個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構。典型耳紋包括耳輪前上部、達爾文點、耳輪后部、對耳輪、耳屏、對耳屏、耳垂和耳輪起點8個特征。耳紋作為一種個體特征，在一定程度上與指紋特征類似，能有效反映個體的差異性。因此，可通過技術手段對耳紋特征辨識來判定個體身份。

2 耳郭相關參數與測量方法

耳郭測量參數包括線性和角度參數，所有測量參數的獲取都要求被測量者頭部處于Frankfurt平面。耳郭測量的線性參數主要包括耳長和耳寬，常采用兩種標定方法：第1種方法基于耳郭4個經典標記點(耳上點、耳下點、耳前點和耳后點)進行標定。耳長為耳上點至耳下點距離，耳寬是耳前點到耳后點的距離。第2種方法除包括耳長、耳寬外，還包括耳垂長度和寬度、耳甲腔深度和耳輪至乳突的距離，以及耳郭指數和耳垂指數等指標。耳郭角度參數包括耳斜角、外耳突出角度和顱耳角等[6]。

耳郭相關參數測量方法主要有3種。第1種是通過游標卡尺和(或)測角儀直接測量，該方法是研究者普遍采用的方法。第2種是通過相機拍攝耳郭照片，再結合計算機測量軟件進行，又稱攝影測量法，具有高效、快速特點，便于大樣本收集和臨床應用。但是，該方法屬于二維平面的測量，被測量者和標尺必須在同一個平面且與相機的焦平面平行，測量才準確[6]。人類耳郭具有復雜的三維結構，攝影測量法顯然不適合對耳郭進行多指標測量。第3種是三維掃描測量系統，這種技術較前兩種方法具有獲取速度快、攝取范圍廣泛等優點，在臨床與科研工作中應用普遍，如3dMD、Canfield系統等[7-8]。隨著監控技術和設備的發展與進步，耳郭三維測量與識別技術在公共安全領域應用廣泛。

3 耳郭的法醫學應用

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

關于未成年個體耳郭的性別差異還存在爭議。吳勝林等[12]研究了321例新生兒耳郭數據，結果發現容貌耳長、容貌耳寬、形態耳長和形態耳寬數據有顯著性別差異。王靜等[13]比較了186(男90例，女96例)例云南地區出生7 d內新生兒的耳郭數據，結果發現容貌耳長、容貌耳寬在性別方面有顯著差異，而形態耳長、形態耳寬、顱耳間距、顱耳角在性別方面無顯著差異。王一丹等[14]通過數字化三維重建與測量分析正常蒙古族青年大學生耳郭參數時發現，同一年齡段不同性別間容貌耳長和容貌耳指數差異有統計學意義(P<0.05)，而形態耳長、形態耳寬、容貌耳寬、耳垂長、耳垂寬和形態耳指數差異無統計學意義(P>0.05)。MUTEWEYE等[15]對津巴布韋305例黑人學生(年齡9～13歲)外耳特征進行研究時發現，不同性別學生平均耳長、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量指標和測量方法不盡相同，但分析耳郭線性參數平均數據時仍可發現其存在種族差異。SHARMA等[16]研究發現，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]比較了多個地區不同種族成年個體的耳郭數據，結果發現印度次大陸成年男性個體的平均耳長和耳寬最大，其次為高加索人和加勒比黑人，而成年女性個體耳郭數據則無種族差異。鄭連斌等[18]報道中國北方漢族男性和女性耳長分別為65.7、61.9 mm，耳寬分別為31.7、30.3 mm；中國男方漢族男性和女性耳長分別為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的差異，但潛在的生長發育規律是相似的[19]。

3.3與身高和年齡的相關性 有關耳郭與身高和年齡的相關性，學者們進行了大量研究。早在1995年，有學者發現年齡與耳長呈正相關。MEIJERMAN等[20]提出，雖然耳郭尺寸與年齡和身高均呈正相關，但不建議將經身高校正的耳郭尺寸用于個體年齡推斷，因為群體平均身高有不斷增高的趨勢。李詠蘭等[21]研究發現，隨著年齡的增長，南方漢族人容貌耳長和容貌耳寬數值呈線性上升規律，并且這種變化在年齡組間的差異有統計學意義(P<0.05)。吳怡等[22]研究了兒童組、青年組和成年組3個年齡段的耳廓來源軟骨細胞的生物學特性，結果發現細胞成骨分化能力隨著年齡的增長不斷降低，流式和熒光定量聚合酶鏈式反應的結果均表明間充質干細胞標志物的表達隨著年齡的增長逐漸降低，以CD90最為明顯。FABRIZIO等[23]研究指出，對于耳郭與年齡的相關性研究選擇準確的測量方法固然重要，但要想獲取準確結果應對研究對象進行終生追蹤測量。

3.4個體識別 人類耳郭是一種有價值的、可識別的容貌特征，可用于容貌重建、基于照片的個人識別和尸體的身份確定。

3.4.1人耳識別技術 人耳具有獨特的生理特征，因此人耳識別技術具有相當的理論研究價值和廣闊應用前景。人耳識別與指紋識別、虹膜識別、人臉識別等生物識別技術相比，具有獨特的實用性和理論研究價值，并越來越受到專家學者的關注。人耳識別系統通常包括人耳圖像采集與預處理、人耳圖像邊緣檢測與分割、特征提取和人耳圖像識別。最早出現的人耳識別系統是由美國人提出的Iannerelli人耳分類系統。該系統以耳郭解剖學特征作為測量系統的基礎，通過特制透明羅盤在被測耳郭圖片上標定測量點，根據得到的測量數據結合性別、種族等信息識別不同的耳郭，能用于人耳自動識別。1999年，出現了第一個基于人耳幾何特征和壓縮網絡的全自動人耳檢測程序。胡穎等[24]提出了一種基于卷積神經網絡的人耳識別方法，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識別算法，在人耳姿態變化時能夠保持良好的識別概率，對人耳識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別方法、基于不變矩的人耳識別方法、基于傅立葉系數的外耳邊緣方法和基于三維人耳檢測和識別方法等。這些人耳識別方案各有優缺點，都是對人耳識別技術的有益探索。

3.4.2耳紋的個人識別 耳紋是耳郭與載體接觸、擠壓過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、對耳輪、耳屏、對耳屏、耳垂等。1970年，荷蘭學者發表了關于耳紋鑒定用于盜竊案偵破的文章。該文較系統介紹了通過耳紋鑒定進行個體識別的過程，成為當時耳紋鑒定的重要參考文獻。2002—2005年，歐盟啟動耳朵法醫學鑒定研究課題，主要研究內容為確定耳紋分類方法和評估耳郭印痕的證據強度[25]。該課題組結合已有研究成果提出，根據細節特征可將耳紋痕跡分為耳輪點前端、耳輪點后端、耳輪痕等29個組成部分，其中耳輪腳、對耳輪腳和耳甲艇痕跡較少見。該研究還發現，耳郭不同部位形態結構(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致耳紋痕跡的個體內變異。耳紋痕跡的不完整或辨認質量不高和個體內變異的存在都降低了耳紋痕跡比對的客觀性和準確性。因此，確定耳紋痕跡的穩定性指標和個體內變異的程度對設計能夠區分個體內和個體間差異的耳紋分類識別系統非常有意義。該課題組同時指出，耳紋痕跡成為高證據價值物證的前提是必須具備低個體內差異出現率和高個體間差異出現率的特點。RUTTY等[26]以Iannerelli人耳分類系統為依據設計了方形網格耳紋測量體系，通過對足跡比對軟件進行升級改造，實現了對耳紋的測量比對。耳紋鑒定的計算機化極大程度提高了耳紋比對的效率，為耳紋鑒定的自動化和標準化奠定了基礎。隨著耳紋數據庫的建立與完善，使機構間耳紋數據共享和遠程比對成為可能。隨著信息技術的不斷發展，基于人工神經網絡的各種圖像識別算法不斷出現，因此耳紋比對的自動化程度和準確性不斷提高[27]。雖然耳紋痕跡作為唯一或關鍵證據已用于部分案件的偵查與審判，但耳紋證據的可靠性與準確性仍然需要考慮。KRISHAN等[25]指出，因耳紋證據的間接指向性，對耳紋證據的研究仍處于初步階段。

3.4.3耳紋DNA分型 1997年，有學者首次發現手部接觸可以留下接觸者的DNA且其DNA殘留量有個體差異性。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到轉移DNA，其來源包括體液、表皮脫落細胞、游離DNA等。LOWE等[28]首次提出個體DNA脫落狀態的概念，并建立相應的測量方法。根據個體DNA脫落狀態不同，可將人群分為重度、中度和輕度3種類型。MAGEE等[29]研究了陳舊衣服領口和袖口轉移DNA的構成，結果發現個體細胞脫落狀態和(或)服裝與皮膚之間的接觸方式比穿著時間對轉移DNA的量具有更大影響。OTTEN等[30]通過案件情景模擬方式研究了手套上的轉移DNA情況，結果發現個體的脫落細胞狀態直接影響DNA轉移程度，重度DNA脫落志愿者DNA更易轉移至手套的表面及內部。關于耳紋轉移DNA檢驗的文獻較少見，GRAHAM等[31]學者對來自3例志愿者的60例耳紋樣本進行了DNA分型研究，結果發現多例耳紋樣本DNA分型呈現混合斑特征，既有來自志愿者的等位基因，也有外源的等位基因。其中，1例樣本為單一個體分型且等位基因全部來自志愿者；7例樣本DNA分型中外源性等位基因數量多于來自志愿者等位基因；1例樣本只檢測到1個等位基因。該研究指出，在排除實驗室污染的前提下，耳紋樣本DNA分型中的外源性等位基因的確切來源難以確定，推測可能志愿者近期在進行實驗前與別的個體發生過耳部接觸或使用過公共電話。該研究進一步指出，大量出現的外源性等位基因令對來源于案發現場的耳紋DNA分型的解讀具有不確定性，耳紋DNA分型證據的準確性與可靠性也將受到影響。有研究指出，對轉移DNA分析是一個高度復雜且多因素參與的過程，包括轉移DNA形成、持續和回收3個環節，有組織來源、身體部位、年齡、性別、個體DNA脫落狀態、載體性質等多種因素參與[32-33]。該研究同時指出，有關轉移DNA的現有文獻中存在數據收集和結果分析的不一致性，這是進行轉移DNA研究的另一障礙。因此，對來源于特定場景的轉移DNA的分析應從多角度慎重考慮和評估。

4 小 結

人類耳郭具有復雜的三維結構，具備用于生物識別的特征，在性別、種族、年齡與身高及公共安全領域被廣泛研究。耳印作為耳郭的平面特征呈現方式，一定程度上可以反映個體的耳郭特征，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。隨著耳紋數據庫的建立與完善，基于人工神經網絡的各種圖像識別算法的不斷出現，耳紋比對的自動化程度和準確性將不斷提高。耳紋DNA分型可呈現混合斑分型特征，除可檢測到相關個體等位基因外，還可能檢測到無關個體的等位基因，因此將耳紋DNA分型證據用于案件偵查或審判時需謹慎。耳郭及其痕跡作為一種生物特征在人類學、法庭科學、公共安全領域的應用仍需進一步研究。