НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Кузьмин Георгий Сергеевич

средняя школа ╧ 1974, 11 класс

Научный руководитель:

Аполлонова Ирина Анатольевна,

кандидат технических наук,

доцент кафедры «Биомедицинские технические системы»

МГТУ им. Н.Э.Баумана

Научный консультант:

Хрулев Андрей Александрович

ассистент кафедры «Биомедицинские технические системы»

МГТУ им. Н.Э.Баумана

Введение

Дерматоглифика (derma – кожа, glyphe – гравировать) – особая отрасль знаний, изучающая кожный рельеф ладонных и подошвенных поверхностей.

Кожа внутренней поверхности руки и стопы имеет иной рельеф, чем остальная кожа тела.

Поверхность ладоней и подошв человека, а также обезьян покрыта многочисленными кожными гребешками, или папиллярными линиями (papilla-сосок), нередко образующими определенные узоры. Также, эта кожа часто называемая гребешковой, имеет большое количество чувствительных нервных окончаний. Поэтому кожные узоры называют тактильными, или осязательными, узорами (от лат. tactus-осязание, прикосновение).

Термин «дерматоглифика» предложен Камминсон и Мидло и введен в употребление на 42-й ежегодной сессии Американской ассоциации анатомов, состоявшейся в апреле 1926 года.

Конечности многих млекопитающих снабжены возвышениями, или подушечками. Они есть, например, у некоторых сумчатых, насекомоядных, грызунов, неполнозубых, хищников, приматов.

Эти подушечки образованы большим скоплением подкожной связующей ткани, а также жира, и развились у млекопитающих как своеобразная подкладка, служащая опорой, приспособлением к ходьбе. В зависимости от того, какая функция приписывается подушечкам, разные авторы называют их различно: «осязательные», «волярные», «ходильные» или «ходящие» подушечки, или возвышения. Уиппл (1904), например, считает, что примитивные подушечки млекопитающих надо рассматривать как «ходильные», т.к. они выполняют свою первоначальную функцию опоры. Для форм (включая и человека), у которых они служат хватательными и осязательными центрами, по ее мнению, более применим термин «осязательные».

Волярная поверхность пятипалой конечности млекопитающих имеет  одиннадцать возвышений, которые по местоположению делятся на три группы: 5 пальцевых (апикальных) подушечек на концевых фалангах пальцев, 4 межпальцевые (интердигитальные) подушечки на ладонях и подошвах, 2 проксимальные подушечки – тенар у основания большого пальца и гипотенар на проксимально-ульнарном (фибулярном) крае. Функциональная специализация конечностей определяет большую изменчивость подушечек в величине, выступании и очерченности, которая проявляется в различных систематических группах.

Волярные подушечки развились у стопоходящих млекопитающих как приспособление к ходьбе. При наличии подушечек подошвы несколько поднимается над землей, касаясь ее только верхушками подушечек, которые служат точками опоры при движении животных и придают эластичность конечности. Наиболее возвышенные части подушечек приходят в соприкосновение с поверхностью объектов, которых они касаются, и здесь развивается высокоспециализированная гребешковая кожа, называемая Уиппл «трудящейся кожей». Кожные гребешки представляют собой модифицированные чешуйки. Дерматоглифика используется во многих отраслях: судебной медицине, криминалистике, антропологии, генетике, этнографии, эмбриологии, спортивной медицине и многих других.

В настоящее время кожные узоры широко использует судебная медицина при идентификации личности. Впервые в юридической практике отпечатки пальцев были использованы Гершелем (1880). Научное обоснование метода идентификации личности по пальцевым отпечаткам дал англичанин Гальтон в 1892 г. Он показал, что в основе системы пальцевых отпечатков лежат два биологических принципа, а именно:

1) характер папиллярных узоров с возрастом не меняется;

2) индивидуальная вариабельность рисунка в деталях настолько велика, что пальцевые узоры неповторимы даже среди родственно близких людей.

Таким образом, с начала ХХв, дактилоскопия, как метод опознания личности, стала более ведущим методом, по сравнению с антропологическим (описательными и измерительными данными). Дактилоскопические картотеки позволяют в короткий срок установить личность человека, совершившего преступление.

Детальное исследование массовых дерматоглифических материалов, собранных в различных областях земного шара, установили неодинаковое распределение сочетаний кожных узоров в различных группах людей. Выявление групповой изменчивости эпидермальных узоров обогатило дерматоглифику, расширила сферу ее приложения, и включило ее в число источников, привлекаемых антропологами при исследовании проблем происхождения рас и отдельных народов.

Немалое значение имеют кожные узоры в изучении процессов наследования признаков у человека. Первые шаги в изучении наследственности дерматоглифики были предприняты более ста лет назад Гальтоном и Уайлдером. За два десятилетия XX в. был собран небольшой материал по отдельным семьям и родословным. Лишь в 20-е годы исследователи перешли к изучению крупных семейных групп и близнецов, анализ которых подтвердил наследственную природу кожных узоров.

Дерматоглифический анализ является одним из методов, применяющихся в работе с пациентами медико-генетических консультаций. Основными задачами этих учреждений является диагностика наследственных заболеваний и прогноз потомства. Следовательно, заключение по дерматоглифике обязано в идеале отвечать на следующие вопросы: насколько резко отклонена дерматоглифика от ее нормальных вариантов, являются ли эти отклонения наследственными или обусловлены воздействиями внешней среды, являются ли эти отклонения специфическими для какого-либо нозологического заболевания или морфогенетического варианта. Однако основой для диагностических возможностей дерматоглифики является четкое представление о норме и патологии гребневой кожи.

Актуальность работы

Традиционно дерматоглифическое исследование проводится на основе визуального определения набора дерматоглифических параметров, в который входят тип узора, ориентация, локализация узора и гребневой счет. На данный момент, гребневой счет является одним из наиболее информативных параметром дерматоглифического исследования. Однако он является самым трудно рассчитываемым параметром. Поэтому многие исследователи пропускают этот критерий. Таким образом, для повышения информативности исследования и снижения трудоемкости необходимо разработать автоматические или автоматизированные методы расчета гребневого счета.

Цель и задачи работы

Целью данной работы является создание программы, определяющей тип узора и рассчитывающей гребневой счет загружаемого дерматоглифического изображения.

В процессе выполнения работы необходимо решить следующие задачи:

1.       Подобрать литературные источники по теме.

2.       Сформировать комплекс дерматоглифических параметров, требующих автоматизации.

3.       Изучить классификацию основных типов узоров и определить их особенности.

4.       Разработать алгоритмы расчета гребневого счета и типа узора.

5.       Разработать требования к загружаемым дерматоглифическим изображениям.

6.       Разработать программу.

1. История развития, предметная область, методы исследования и параметры дерматоглифики

1.1. История возникновения, развития и предметная область дерматоглифики

Дерматоглифика как особый раздел знаний сложился в конце XIX - начале XX в. Но интерес к папиллярным линиям и узорам уходит далеко в глубь веков, задолго до их научного изучения. Одна из самых ранних весточек о кожном рельефе находится в области индейцев Микмак, южнее Лабрадора. Там было найдено изображение на камне, представляющее в примитивных линиях человеческую руку.

Древние китайцы, вавилоняне, ассирийцы, египтяне, а также индийцы заменяли отпечатками пальцев подписи. На кожный рельеф ладоней обращали внимание коренные американские народы еще до европейской колонизации.

Современная дерматоглифика и, как часть ее, дактилоскопия (от гр. daktylos – палец skopeo – смотрю), применяемая в судебной медицине для отождествления личности, основаны на научных началах. Они могли возникнуть только на определенном уровне развития биологии и при определенных общественных отношениях.

Наиболее ранние научные сообщения по дерматоглифике относятся к XVII столетию. Они связаны с анатомическими исследованиями кожи и морфологии гребешков эпидермиса. Одно из первых описаний устройства кожных гребешков и потовых пор принадлежит английскому анатому Грю (1684 г.). Мальпиги в своих анатомических работах, относящихся к 1686 г., дал краткое описание узоров ладоней и пальцев человека.

Упоминания о кожном рельефе встречается во многих анатомических работах ХVIII столетия. Успехи в области биологии в начале XIX века явились благоприятным условием для анатомических исследований кожи. К этому времени относится классическое  исследование кожи биолога Яна Пуркинье (1823 г.) В своем труде Пуркинье касается сгибательных борозд и устройства папиллярных линий ладоней. Он описывает трирадиусы, потовые поры, ход папиллярных гребней на теноре и гипотеноре, отмечая, что на них нередко встречаются петли и завитки; описывает также кожные узоры на ладонях обезьян. Пуркинье дал первую классификацию вариации пальцевых узоров, выделив 9 основных узорных типов. Несмотря на то, что он не касался практического применения пальцевых отпечатков, его классификация сыграла свою роль в развитии дактилоскопии в конце XIX века. Кроме исследований Пуркинье, в первой половине XIX в. ничего существенного по изучению кожного рельефа не было предпринято. Лишь случайные упоминания о нем есть в некоторых книгах по анатомии и физиологии человека. Только в последней трети XIX в. стали появляться работы, специально посвященные дерматоглифике. В это же время впервые практически начали применять пальцевые отпечатки для опознания личности.

Новую эпоху в изучении дерматоглифики начал американский ученый Уайлдер, которого с полным основанием можно называть родоначальником этнической дерматоглифики. Он впервые разработал метод исследования папиллярных линий и узоров на ладонях и подошвах. Много лет Уайлдер посвятил изучению кожного рельефа у разных человеческих рас. Им установлено, что имеются расовые различия в направлении ладонных линий и в частоте встречаемости узора кожных гребешков на ладонных подушечках.

За работами Уайлдера последовали многочисленные исследования в области этнической дерматоглифики. Начиная с 20-х годов XX столетия, опубликованы обширные сведения по дерматоглифике разных народов мира, которые все более и более заполняют белые пятна на карте расовых особенностей кожного рельефа.

Помимо этнической дерматоглифики, в этот период были предприняты различные исследования, касающиеся других сторон дерматоглифики. Из них наибольшего внимания заслуживают работы американского ученого Камминса по исследованию факторов, обусловливающих различие и направление кожных гребешков, а также по эмбриональному развитию волярных подушечек. Особое направление в дерматоглифике создала профессор университета в Осло Бонневи, изучающая эмбриональное развитие пальцевых узоров в связи с наследственностью.

В 30-х годах вновь начинают проводиться исследования кожного рельефа приматов и других млекопитающих. Во 2-й половине XX века много работ было посвящено изучению наследственности кожного рельефа.

Большой известностью в области дерматоглифики пользуются работы Камминса и Мидло. В результате многолетних трудов, основываясь на своих оригинальных материалах и литературных данных, они опубликовали две капитальные монографии – по кожному рельефу приматов (1942) и общей дерматоглифике (1943), которые имеют значительный интерес для антропологов, биологов, медиков и криминалистов.

Из отечественной антропологической литературы по дерматоглифике известны работы В.И.Лебедева (1912), П.С.Семеновского (1923), М.В.Волоцкого (1936), Т.Д.Гладковой (1957,1960,1961,1964).

В 1966г. вышла первая отечественная монография Т.Д. Гладковой по дерматоглифике. В 1968г. монография  Holt S.B. по генетике дерматоглифических узоров. В 1975г. опубликована топографическая классификация узоров Пенроуза (Penrose LS.) В 1976г. – первое руководство по медицинской дерматоглифике (Schaumann, Alter).

Первая отечественная монография Г.А. Хить по этнической дерматоглифике вышла в свет в 1983 г. А в 1986г. была издана отечественная монография И.С.Гусевой по морфогенезу и генетике гребешковой кожи человека. В 1994г. Н.Н. Богданов, занимающийся дерматоглификой в медицине, провел первое исследование корреляции между признаками дерматоглифики и ЭЭГ (электроэнцнфалографией).

Вышеуказанные работы отражают области применения дерматоглифики: криминалистика, медицина, генетика, эмбриология, этнография, антропология, судебная и спортивная медицина.

1.2. Методы исследования, используемые в дерматоглифике

В биологических исследованиях кожного рельефа и для сравнительной характеристики дерматоглифики необходима унификация в интерпретации папиллярных линий и узоров, заключающаяся в определении свойственных индивидуальному отпечатку особенностей. Это возможно лишь при единой методике чтения отпечатка.

В конце позапрошлого столетия Гальтоном (1892) была создана первая научная классификация пальцевых узоров.

Методика для исследования папиллярных узоров ладоней и подошв впервые была выработана Уайлдером (1904) в начале прошлого столетия. Четверть века спустя группа ученых, куда входил сам Уайлдер, внесла в методику много изменений и дополнений. Камминс и Мидло (1943), основываясь на предшествующих работах, усовершенствовали и детально описали методику исследования кожного рельефа ладоней, подошв, а также пальцев рук и ног. И уже более полувека  этим описанием пользуются все исследователи дерматоглифики.

Получение отпечатков

В исследованиях кожного рельефа важно иметь легко читаемый, четкий и полный отпечаток. Известны различные способы получения отпечатков. Из них наиболее распространен метод типографской краски. Для получения отпечатков с помощью этого метода необходимы следующие материалы:

1) бумага (лучше всего использовать бумагу, употребляемую для печатания на машинке, средней плотности и шероховатости, так как на глянцевой бумаге краска может растекаться, а на слишком шероховатой впитываться);

2) «подушечка» – мягкое основание, служащее подстилкой при печатании, изготовляется следующим образом: на лист фанеры размером 25х28 см накладывается в 5 - 6 слоев фланель, после чего все это плотно обтягивается фланелью же или сукном и зашивается;

3) стекло размером 15х25 см;

4) стеклянная палочка;

5) обыкновенный резиновый типографский ролик, или валик, нередко применяемый в фотографии для накатывания отпечатков;

6) типографская черная краска, которую можно растворять скипидаром до консистенции не слишком густой, но и 1не жидкой сметаны. Краску рекомендуется хранить в стеклянной баночке с притертой пробкой;

7) скипидар, спирт, вата, мыло и вода.

Отпечатки типографской краской получают следующим образом. Стеклянной палочкой типографская краска кладется в 2 - 3 места на стекло и ровно раскатывается роликом. Затем ролик прокатывают по тщательно промытым ладони и пальцам исследуемого так, чтобы вся подлежащая отпечатыванию поверхность была покрыта ровным слоем краски. Ногтевые фаланги пальцев должны быть покрыты краской с волярной поверхности и с боков до ногтей.

После этого лицо, берущее отпечаток, ставит окрашенную ладонь ульнарным краем на лист бумаги, положенный заранее на «подушку». Затем ладонь осторожно опускают на бумагу, слегка надавливая на середину тыльной стороны кисти, чтобы добиться соприкосновения глубоких частей ладони с бумагой. Для того чтобы более полно отпечаталась ногтевая фаланга большого пальца, нужно осторожно, не сдвигая его, надавить на ноготь, поворачивая палец одновременно в сторону указательного пальца.

Снимать кисть следует сразу, приподнимая ее обеими руками вверх, но не в сторону, иначе линии смазываются. Снятый отпечаток проверяют и в случае нечеткости изображения печатание повторяют. Краску с ладоней снимают ватой, смоченной скипидаром, и промывают теплой водой с мылом.

Отпечатки пальцев получают отдельно способом прокатывания. Краска наносится на кожу также типографским валиком. По каждому пальцу трижды проводят валиком, прикладывая его последовательно к радиальной, медиальной и ульнарной поверхностям концевой фаланги. Затем исследователь устанавливает на бумаге отпечатываемый палец радиальной стороной и осторожно прокатывает его до ульнарного края. После этого он, не выпуская пальца, сам поднимает его вверх. При прокатывании исследуемый должен держать руку свободно, но помогать отпечатыванию вращением кисти.

В специальных дактилоскопических бюро отпечатки пальцев делают на особых регистрационных картах. В биологических исследованиях кожного рельефа, когда берутся только пальцевые отпечатки, их можно делать на обыкновенном листе бумаги или на бланках, где записываются антропологические данные. Если же одновременно получают отпечатки ладоней и пальцев, то последние следует прокатывать сбоку от отпечатка соответствующей ладони в строго определенном порядке слева направо I, II, III, IV и V пальцы каждой руки. На этом же листе рядом с отпечатками записывают фамилию, имя и отчество или номер исследуемого, национальность его и родителей, пол, возраст. Отпечатки правых и левых ладоней и пальцев одного индивидуума можно делать или на одной стороне, или на обеих сторонах того же листа бумаги.

Для получения отпечатков ладоней и пальцев применяются и другие методы. Сюда относятся метод «фотографической бумаги»: (Cummins и др.,1929), окрашивание эозином (Schott, 1928), использование пергаментной бумаги (Strong, 1929), окрашивание нигрозином и железистыми солями (Бунак, 1941), окрашивание раствором таниновой кислоты и т. д. Но при окрашивании типографской краской папиллярные линии получаются более ясными и четкими, а отпечатки могут сохраняться десятки лет.

Для получения отпечатков стопы пользуются теми же способами окрашивания, что и для отпечатывания ладони, хотя делать отпечатки подошв значительно труднее. В качестве дополнительного оборудования желательно иметь широкую доску-подставку и маленькую скамеечку. Закрашивать подошву с помощью ролика в случае метода типографской краски или кистью в случае использования химических растворов надо осторожно, чтобы не вызвать подошвенного рефлекса.

Отпечатки пальцев ног, как и пальцев рук, надо получать отдельно. Исследуемый должен держать ногу на весу и расслабленно. Пальцы прокатываются роликом, выпрямляются и накладываются поочередно на бумагу. В отличие от пальцев рук поворачивать пальцы ног можно лишь слегка. Отпечатки следует делать рядом с отпечатком соответствующей стопы.

Отпечатки ладонных и подошвенных поверхностей обезьян также лучше всего получать с помощью типографской краски. Необходимо пользоваться услугами помощников, которые должны держать конечности даже в том случае, если животные фиксированы в специальных лабораторных клетках. Ладони и подошвы обезьян надо хорошо промыть, насухо вытереть и протереть спиртом. Способ получения отпечатков для обезьян тот же, что и для человека. Однако надо учитывать, что у некоторых обезьян (гелады, павианы и др.) сильно развитые подушечки затрудняют окрашивание и печатание волярных поверхностей. При получении отпечатков, особенно кистей, следует осторожно распрямлять пальцы, которые каждое животное стремится скрючить. Отметим еще, что у некоторых видов обезьян, например у зеленых мартышек и капуцинов, сильно потеют ладони и подошвы, что ведет к смазыванию отпечатка. После получения отпечатков краска с ладоней и подошв обезьян снимается ватным тампоном, смоченным скипидаром.

1.3. Параметры дерматоглифики

Дерматоглифика – изучение кожного рельефа, образованного папиллярными линиями. Папиллярными линиями называются кожные гребешки, лишенные волос с большим количеством потовых желез. Кожа, имеющая такие гребешки, называется гребешковой.

Такие рельефы подразделяется на 10 типов: обыкновенная дуга, Т-образная дуга, маленькая петля, большая петля, миндальный завиток, спиральный завиток, эллиптический завиток, циркулярный завиток, двойной завиток. По расположению они делятся на: 5 пальцевых (апикальных) подушечек на концевых фалангах пальцев, 4 межпальцевые (интердигитальные) полущечки на ладонях и подошвах, 2 проксимальные подушечки – тенар и гипотенар.

Гипотенар. Кожный рельеф гипотенара чаще всего представлен системой дуговых папилярных линий, идущих несколько наклонено к продольной оси ладони и открытых в ульнарную сторону.

Реже кожные гребешки гипотенара образуют рисунок в виде завитков, петель и Т-образных узоров.

При наличии на ладони t^’ ,его ульнарный радиант делит гипотенар на дистальный и проксимальный участки. В этом случае, а также при одновременном наличии двух и трех осевых трирадиусов на гипотепаре образуется двойной рисунок. В записи он отмечается двумя символами, разделенными наклонной линией: A^u/L,L^r/L^u,L^r/A^c и т.д., причем записывается сначала дистальный участок, затем проксимальный.

Тенар. Узор кожных гребешков на тенаре и межпальцевой подушечке в записях всегда отмечается вместе. Чаще папиллярные линии не образуют здесь рисунка и имеют вид дуги, открытой в сторону большого пальца, что в формуле отмечается знаком 0. Когда же гребешки образуют узор, то последний в преобладающем большинстве представлен петлей, открытой карпально на тенаре, радиально – на 1 межпальцевой подушечке. В записи знаки отделяются наклонной линией.

Трирадиусы. Трирадиусом называется место или точка, где сходятся три различно направленные системы папиллярных линий. На ладонях человека, как правило, имеются четыре пальцевых трирадиуса — а, Ь, с, d — у основания II—V пальцев. Два их дистальных радианта охватывают основание соответствующего пальца, так называемое пальцевое поле, которое дистально ограничено метакарпо-фалангеальной сгибательной складкой. Третьи проксимальные радианты, иначе — главные ладонные линии А, В, С, D, идут по ладони, варьируя в своих окончаниях.

Для интерпретации окончания главных ладонных линий ладонь условно делится на 14 полей, начиная от тенара (поле 1) и кончая I межпальцевым промежутком (поле 13). Поле 2 относится к небольшому треугольному участку между тенаром и гипотенаром в карпальной области ладони. Поле 3 соответствует гипотенарной области. Если линия А входит в гипотенарный узор, то ее окончание записывается как 3h. Цифрой 4, отмечается ограниченный участок середины ульнарного края, ладони. Дистальная половина этого края делится на две части — участок от середины ладони до дистальной поперечной сгибательной складки обозначается цифрой 5, от названной складки до мизинца — цифрой У. Поля 7, 9 и 11 соответственно 4, 3 и 2 межпальцевым промежуткам. Поля 6, 8, 10 и 12 находятся у основания V, IV, III и II пальцев (пальцевые поля).

В старой методике Уайлдера поле 4 означало гипотенарный узор, поле 5 находилось дистально от поля 4 до мизинца, поле 4 3 — проксимально от поля 4. Если гипотенарный узор отсутствовал, то поле 5 занимало дистальные две трети ульнарного края ладони, а поле 3—проксимальную треть этого края.

Пальцевые узоры. Первая классификация пальцевых узоров, предложенная Гальтоном, включала три основных узорных типа: завиток, петлю и дугу. Такая трехтиповая классификация пальцевых узоров недостаточна для персональной идентификации и для некоторых биологических исследований, где необходим более тонкий анализ рисунков кожных гребешков. Поэтому вскоре эти три типа пальцевых узоров были детализированы самим Гальтоном, а позднее многими другими исследователями. Но из всех предложенных классификаций наиболее широко используется система Генри, которая включает четыре узорных типа: дуги, петли, истинные завитки и сложные, или составные, узоры.

Простая дуга (A) не имеет трирадиуса или дельты и состоит из гребней, пересекающих поперек пальцевую подушечку и слегка выпуклых дистально. Т-образная дуга (T) имеет трирадиус, два краевых радианта которые идут в ульнарном и радиальном направлениях, а дистальный радиант обрывается, и вокруг него обходят гребни в виде дистально вытянутой дуги.

Рис. 1.1. Простая дуга (A)

Петли имеют одну дельту. Это полузамкнутый узор, в котором кожные гребешки начинаются от одного края пальца, изгибаясь дистально, к другому краю, но, не доходя до него, возвращаются к тому краю, от которого начались. Дистальный радиант петли, окаймляя поле узора, образует голову петли. Петля – открытый узор. Если она открывается в радиальную сторону, она называется радиальной (L^r или R), если в ульнарную – ульнарной петлей (L^u или U). Краевой радиант петли всегда находится на противоположенном от входа петли крае пальца.

Рис. 1.2. Радиальная (Lr) и ульнарная (Lu) петли

Истинные завитки (W) Имеют две дельты. Это полузамкнутый узор, в котором папилярные линии идут концентрически вокруг сердцевины узора. Последняя может в виде островка, короткого прямого гребня, маленького кружочка или эллипса и т.д. Истинные завитки чаще всего представлены кольцевыми, эллипсоидные и спиральными рисунками. В завитках сильно варьируется объем самого узора, форма и объем сердцевины, направление и соединение узорных радиантов.

Рис. 1.3. Завиток (W)

Составные или сложные узоры. Составной узор имеет два и более трирадиуса и составлен из двух и более рисунков. Сложные узоры и истинные завитки входят в класс завитков, по Гальтону. Сложные узоры представлены четырьмя основными типами: центральные карманы, латеральные карманные петли, двойные петли и случайные узоры.

Рис. 1.4. Топография пальцевых узоров

А – завиток; В – петля; / — проксимальная трансверзальная система; 2 – проксимальный радиант; 3 – краевой радиант; 4 – дельта; 5 – скелет узора; 6 – поле узора; 7 – сердцевина узора;

8 – дистальный радиант; 9 – дистальная трансверзальная система; 10 – голова петли

Центральный карман представлен небольшим завитком, лежащем внутри узорного поля, вида петли. От завитка этот узор отличается тем, что в нем радианты дельт не встречаются. Центральный карман может быть радиальным или ульнарным в зависимости от того, куда открывается петля.

Латеральная карманная петля и двойная петля – морфологически близкие узоры, так как оба составлены из двух соединенных петель. Отличая между ними, заключаются в том, что в случае двойной петли, обе они открываются в разные стороны, а в случае литеральной карманной петли – в одну сторону. Случайный узор образуется комбинацией двух или более обычных узорных типов, например завитком и петлей, Т-образной дугой и петлей.

Не всегда пальцевые узоры укладываются в вышеописанные стандарты основных четырех узорных типов. Между ними имеется много переходных узоров. Серии таких переходов классифицированы Маирсом и другими исследователями. Подобного рода схемами иногда можно пользоваться при затруднениях в определении типа узора.

Записывают пальцевые узоры в виде формулы, в виде формул, в которых пальцы ставятся в определенной последовательности. Так, Гальтон предложил производить запись слева направо, начиная с V пальца левой руки и кончая V пальцем правой руки V, IV, III, II, I, I, II, III, IV, V (UWUUW WARWU). Уайлдер рекомендовал записывать пальцевые узоры в виде дроби , причем в числителе – пальцы правой руки, а в знаменателе – левой . Семеновский записывал формулы пальцев в одну строчку, но в иной последовательности I, II, III, IV, V – правой руки, I, II, III, IV, V – левой руки (WARWU WUUWU).   

Буквенную формулу Володский в 1636 году предложил заменить цифровой, в которой сразу отмечается количество дельт: 0(А), 1(R и U) и 2(W).Формулы он записывал в такой же последовательности, что и Семеновский. на том же примере распределения узоров цифровая формула Володского имеет вид: 20121(6) 21121(7)13. В этой формуле в скобках отмечается общее количество дельт на правой (6) и левой (7) руках. Заканчивается формула цифрой, означающей общее количество дельт для двух рук – 13. В тех случаях, когда одновременно имеются отпечатки ладоней и пальцев, пальцевую формулу удобно записывать вслед за ладонной сначала для левой в последовательности I, II, III, IV и V пальцы, затем для правой в той же последовательности.

1.4. Современное  состояние и перспективы развития дерматоглифики

В настоящее время учеными, экспериментаторами и практиками, работающими в области дерматоглифики, собран огромный фактический и экспериментальный материал. Если на первом этапе развития был собран фактический материал по типам кожных узоров кистей и стоп различных видов млекопитающих, включая высших приматов и человека, в виде простых описаний типов узоров, то по мере развития дерматоглифики были найдены критерии оценки, разработана классификация. И полученные данные нашли широкое практическое применение во многих отраслях, включая медицину, генетику, криминалистику и многие другие.

Методы исследования по мере развития современной науки и техники непрерывно совершенствовались, особенно в связи с появлением современных информационных технологий, включающих компьютерную обработку графической информации.

Кроме того, взаимное обогащение различных областей знаний человечества за счет развития современных телекоммуникационных систем позволило использовать в дерматоглифике огромный научный материал из смежных областей знаний, связанных с антропологией, медициной, эмбриологией, генетикой, биологией и пр.

Обобщение полученных данных позволило дерматоглифике перейти, образно говоря, от хиромантии к выявлению глубинных связей между кожными узорами и наследственностью, ранней диагностике врожденных заболеваний, и экспресс идентификации личности.

Однако, несмотря на несомненные достижения дерматоглифики, существуют объективные трудности анализа, интерпретации и практического использования полученных данных, т.к. объективных факторов, влияющих на интенсивность и тип кожных узоров кистей и стоп чрезвычайно много, а критерии оценки ограничены.

2. Разработка программы для дерматоглифических исследований

Была проведена разработка автоматизированной программы, определяющей гребневой счет и тип узора (рис.2.1). Программа создавалась в среде программирования Delphi 7.

2.1. Алгоритмы работы программы

Алгоритм определения типа узора. Как было сказано раньше, можно выделить три основных типа узора.

В данной программе они различаются по количеству дельт (табл. 1).

Таблица 1

Определение типа узора по количеству дельт

Таким образом, программа называет узор завитком при наличии на изображении 2 дельт, петлей – если 1 дельта и дугой – если нет дельт.

Для определения типа узора необходимо:

·          Загрузить изображение в окно вывода изображения.

·          Нажатием соответствующей кнопки и щелчком мыши на изображении задать положение центра и дельт.

После выполнения Вами вышеописанных требований программа

1.       Определяет количество дельт;

2.       Основываясь на количестве дельт, определяет тип узора;

3.       В панели исследования отображает тип узора.

Алгоритм определения типа узора выглядит так (рис. 2.1):

Рис. 2.1. Алгоритм определения типа узора

Алгоритм определения гребневого счета. Для определения гребневого счета программа создает профиль гребней на промежутке от центра до дельты, рассчитывает средне арифметическое всех точек профиля и находит количество пересечений графика с его средне арифметическим значением.

Для определения гребневого счета необходимо:

·          Загрузить изображение в окно вывода изображения.

·          Нажатием соответствующей кнопки и щелчком мыши на изображении задать положение центра и дельт.

После выполнения Вами вышеописанных требований программа

1.       Создает профиль гребней в виде графика зависимости цветовой интенсивности от координаты точки от центра до дельты;

2.       Определяет расстояние от центра до дельт;

3.       Рассчитывает среднее арифметическое яркости на промежутке от центра до дельты.

4.       Определяет количество пересечений графика зависимости график среднего арифметического яркости.

5.       Выводит в окно вывода информации количество гребней на промежутке от центра до дельты.

Рис. 2.2. Пример профиля гребней

Расчет гребневого счета определяется следующим образом (рис 2.3):

Рис. 2.3. Алгоритм определения гребневого счета и типа узора

2.2. Основные компоненты программы

Программа позволяет: загрузить изображение, вручную поставить центр и  дельты узора и автоматически рассчитать гребневой счет и тип узора. Также она позволяет инвертировать изображение и изменить его яркость.

Можно выделить несколько основных элементов данной программы:

·         Панель обработки изображения (рис. 2.4).

·         Она выполняет функцию загрузки изображения в окно отображения дерматоглифических изображений, а также сохранения, инвертирования и изменения яркости изображения.

·         Окно отображения дерматоглифических изображения (рис. 2.5). В это окно выводится изображение отпечатка пальца.

·         Панель исследования (рис. 2.6). Позволяет поставить точки центра и дельт, а также запустить расчет гребневого счета и типа узора.

·          

Окно вывода информации (рис. 2.7). Отображает график изменения яркости изображения и количество гребней на промежутке от центра до дельты.

             Рис. 2.4                                     Рис. 2.5                                            Рис. 2.6

    Панель обработки              Окно вывода изображения                    Панель исследования

        Изображения

Рис. 2.7. Окно вывода информации

2.3. Требования к изображению

Для корректного и воспроизводимого расчета дерматоглифических параметров необходимо задать требования к регистрируемым изображениям.

1.       На данный момент, программа поддерживает только bmp формат.

2.       Разрешение изображения должно удовлетворять минимальным требованиям.

Для определения минимально допустимого требования в работе были исследованы 70 изображений отпечатков пальцев с различным разрешением (от 200 до 500 точек/дюйм по 10 изображений). На рис. 2.9 приведена зависимость среднего значения относительной погрешности определения гребневого счета. Как видно из графика при разрешении ниже 350 точек/дюйм погрешность превышает 20%, что сопоставимо с погрешностью при визуальном определении. Таким образом, для корректного расчета гребневого счета необходимо загружать изображения с разрешением не менее 350x350 точек/дюйм (dpi). В противном случае, программа работает с большей погрешностью, чем визуальная(20%) (рис. 2.8).

200 dpi не подходит            300 dpi не подходит          350 dpi подходит            500 dpi подходит

Рис. 2.8. Изображение с разными разрешениями

Рис. 2.9. График зависимости погрешности расчета гребневого счета от разрешения изображения

На изображении должны быть видны все дельты (рис. 2.10). Иначе программа неправильно определит тип узора.

Рис. 2.10. Не подходящее и подходящее изображения

Также на изображении не должно быть дефектных участков (рис. 2.11), которые ухудшают точность расчета количества гребней.

Рис. 2.11. Дефектные участки («засвеченные» и «затемненные» участки)

Общие выводы по работе

В ходе работы были получены следующие результаты и сделаны выводы:

1.       На основе анализа литературных данных были рассмотрены особенности дерматоглифических исследований, классификация пальцевых узоров по типам и ориентации и сформирован набор дерматоглифических параметров, требующих автоматизации расчета. Показана необходимость автоматизации расчета гребневого счета.

2.       Определены особенности узоров различного типа по числу дельт. Завиткам соответствуют две дельты, петлям – одна, дугам – ноль дельт.

3.       Разработан алгоритм полуавтоматического определения типа узора по числу дельт.

4.       Разработан алгоритм полуавтоматического определения гребневого счета пальцевого узора по расположению дельт и центра на основе определения числа пересечений профилем гребней линии средне арифметического значения.

5.       Разработаны требования к загружаемым дерматоглифическим изображениям по формату файла, разрешению изображения, отсутствию затемнений и непропечаток гребней и наличию дельт.

6.       В среде Delphi 7 разработана и отлажена программа для дерматоглифических исследований.

7.       Определена зависимость относительной погрешности расчета гребневого счета от разрешения изображения. Для изображений с разрешением 500 dpi относительная погрешность не превышает 5%. Для изображений с разрешением 350 dpi относительная погрешность составляет около 20%, что соответствует погрешности при визуальных измерениях гребневого счета.

Список литературы

1.       Бочкова Н.П. Клиническая генетика: Учебник. – М.: Медицина, 1977. – 288 с.

2.       Гладкова Т.Д. Кожные узоры кисти и стопы обезьян и человека. – М.: Наука, 1966. – 151 с.

3.       Гладкова Т.Д. Дерматоглифический метод в антропологии, антропогенетике, медицине и криминалистике. – М.: Наука, 1989. – 84 с.

4.       Гусева И.С. Морфогенез и генетика гребешковой кожи человека. – Минск: Беларусь, 1986. – 157 с.

5.       Давиденкова Е.Ф. Хромосомные болезни. – М.: Медицина, 1970. – 186 с.

6.       Делоне Н.Л. Адаптивные фенотипы человека в физиологии и медицине // Успехи физиологических наук, 1999. – т. 30. – ╧ 2. – С. 50-62.

7.       Залетаева Т.А., Буряков В.И. Дерматоглифика как метод исследования в медицинской генетике: Методические указания // ЦИУВ – М.: ЦИУВ, 1976. – 36 с.