活体指掌纹采集仪在新生儿脚纹采集中的应用

医学信患学杂志２０１９年第４０卷第３期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＤＩＣＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＣＳ２０１９，Ｖｏｌ．４０１Ｎｏ．３活体指掌纹采集仪在新生儿脚纹采集中的应用凌晨（首都医科大学附属北京妇产医院信息中心北京１０００２６）〔摘要〕分析新生儿脚纹采集存在的问题，介绍活体指掌纹采集的政策依据和技术，设计相应系统实现活体指掌纹采集仪对新生儿脚纹的数字化采集，阐述采集工作流程、功能模块、应用效果及改进方向。〔关键词〕新生儿；脚纹；数字化；活体指掌纹采集〔中图分类号〕Ｒ－０５６〔文献标识码〕Ａ［ＤＯＩ］１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－６０３６．２０１９．０３．０１０ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＬｉｖｉｎｇＦｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔａｎｄＰａｌｍｐｒｉｎｔＳｃａｎｎｅｒｉｎｔｈｅＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎｏｆＮｅｏｎａｔａｌＦｏｏｔｐｒｉｎｔＬＩＮＧＣｈｅｎ，ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＢｅｉｊｉｎｇＯｂｓｔｅｔｒｉｃｓａｎｄＧｙｎｅｃｏｌｏｇｙＨｏｓｐｉｔａｌＡｆｆｉｌｉａｔｅｄｔｏＣａｐｉｔａｌＭｅｄｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２６ｙＣｈｉｎａ〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕Ｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｗｉｔｈｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｏｆｎｅｏｎａｔａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔｓ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｐｏｌｉｃｙｂａｓｉｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｌｉｖｉｎｇｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｓａｎｄｐａｌｍｐｒｉｎｔｓ．Ｉｔｄｅｓｉｇｎｓａｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｏｆｎｅｏｎａｔａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔｓｂｙｌｉｖｉｎｇｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔａｎｄｐａｌｍｐｒｉｎｔｓｃａｎｎｅｒ，ｅｌａｂｏｒａｔｅｓｏｎｔｈｅｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔａｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｎｅｏｎａｔａｌ；ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ；ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ；ｌｉｖｉｎｇｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔａｎｄｐａｌｍｐｒｉｎｔｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ１引言在婴儿出生时，医院为避免出现混淆的问题，利用拓印脚纹作为新生儿真实身份的凭证依据。选用脚纹的理由包括脚纹与指纹、掌纹一样带有人的遗传信息，具有丰富且稳定的纹路，是人体独一无二的特征，目前还未发现具有相同脚纹的新生儿。脚纹的采集相对于指纹和掌纹而言较为方便；脚掌的面积更大，可以采集到的信息更丰富，即使在高噪声、低分辨率的脚纹图像上仍然可以提取出用于身份识别的特征［１］。采集脚纹图像对新生儿进行标识，现行的做法是在新生儿的脚掌上涂上印墨，然后再将脚纹拓印在纸上。这种传统方法存在以下问题：使用印墨的采集方式并不是很卫生；印墨和纸张质量很容易影响到脚纹图像质量；采集时用力程度不均匀，易使得采集的脚纹却失部分脚掌信息；要得到数字化图像就必须通过扫描仪进行转换，对于电子病历系统而言不实用，也与医院信息系统无纸化的目标相违背；不便于脚纹数据再利用。因此传统的新生儿脚纹采集方法已经不能满足当前医院信息化发展的需求，基于数字化图像的采集已成为新的选择。笔者查阅相关资料后发现目前鲜有使用数字化方法采集新生儿脚纹的应用案例。〔修回曰期〕２０１９－０１－１４〔作者简介〕凌晨，硕士，助理工程师。？５２？医学信息学杂志２０１９年第４０卷第３期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＤＩＣＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＣＳ２０１９，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．３２采集技术选择２．１政策依据２００６－２００８年公安部刑侦局根据指纹信息工作需要组织制定《活体指纹图像采集技术规范》（６Ａ／Ｔ６２５＿２〇０６）、《指纹自动识别系统术语》等５０种标准；２００９年公安部刑侦局组织政府、检测、标准、公安用户、产品生产企业等单位的专家和技术人员制修订《活体掌纹图像采集技术规范》、《活体指纹／掌纹采集设备测试技术规范》等１０项公安刑侦指／掌纹信息行业系列标准，于２０１０年６月１日起实施［２］。这从政策层面上为指掌纹采集工作指明方向。活体指掌纹采集是一种全新的采集方法，直接利用光电模块扫描获取采集人指纹或掌纹信息。由于具有高效、便捷、可重复采集、不易污损等特点，得到推广和应用。活体指掌纹采集现已被应用于公安机关建立二代身份证以及活体指掌纹样本库的工作中。２．２活体指掌纹采集技术指纹、掌纹和脚纹都属于皮纹，形成于真皮层。早期的光学设备采集的仅仅是表皮层的纹路信息，然而表皮纹路会随着年龄的增长变得模糊。新一代活体指掌纹采集则是探测到真皮层，其纹路信息较表皮层更清晰、准确，利用持续有效的特征数据、相对的温度和湿度等多项技术衡量指标来保证只对真人活体产生识别反应。这种技术可以有效杜绝假指纹，而且对于干湿、粗糙的皮肤都具有良好的适应性。随着光学成像和光电传感器技术不断进步，在实际应用中该技术将因更显著的综合优势而得到广泛应用［３］。标，见表１。活体指掌纹采集仪的主要技术指表１活体指掌纹采集仪主要技术指标［４］功能指标掌纹采集窗口１３３ｘ１３３ｍｍ有效掌纹图像面积１１７ｘ１１７ｍｍ掌纹采集图像像素数２３０４ｘ２３０４像素表１分辨率５００ＤＰＩ图像灰度级２５６级图像综合畸变＾１％图像数据位８位灰度动态范围多１８０级环境光环境光＜３００１ｘ可正常釆集图像掌纹采集速率衾２帧／秒３设计应用３．１采集设备集成由于依托于医院信息系统与护理管理系统，所以主要考虑采集设备的集成和功能应用的问题。当前医院信息系统为浏览器／服务器（Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ，Ｂ／Ｓ）架构，功能页面不能直接驱动活体指掌纹仪进行采集，需要根据厂家提供的软件开发工具包（ＳｏｆｔｗａｒｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＫｉｔ，ＳＤＫ），包装ＯＣＸ对象，提供网页中使用，进而方便调用其提供的初始化、采集、关闭等功能。系统结构，见图１。３．２数据安全３．２．１脚纹数据完整性从活体指掌纹采集仪采集的脚纹图像不进行任何处理和后期加工，而是直接转换为Ｂａｓｅ６４编码的数据进行保存。已采集并保存的数据可以作废，但是不允许删除。３．２．２脚纹数据安全性医护人员的签名是电子病历非常重要的组成部分。电子病历在经过数字签名后便真正具有法律效应。一般使用ＵＳＢＫｅｙ和认证服务器来实现电子签名。数字证书是由证书授权（ＣｅｒｔｉｆｉｃａｔｅＡｕｔｈｏｒｉｔｙ，ＣＡ）中心签发，以数字证书？５３？医学信息学杂志２０１９年第４０卷第３期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＤＩＣＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＣＳ２０１９，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．３为核心的加密技术可以对脚纹图像数据进行加密和解密、数字签名和验证签名，以确保其有效性和完整性，彻底解决数据真实可靠的问题［５］。３．２．３用户权限区分用户权限分为采集员和医生权限。采集员可以进行脚纹采集，保存采集结果，查看以及作废脚纹图像，生成新生儿脚纹采集病历；医生只能检索阅读个人所管辖的新生儿病历。以上操作权限都通过医院信息系统数据库进行认证，记录所有操作的日志。３．３采集工作流程利用活体指掌纹采集仪获取新生儿脚纹。操作时首先进人采集界面，将新生儿脚部擦干，助产士左手抱住婴儿，右手抓住婴儿右脚踩部，待婴儿脚趾呈放松姿态，从脚跟部分开始接触活体指掌纹采集仪的采集窗口，逐渐向前直至脚趾，因为脚心部位一般是凹陷的，不易采集，所以同时需按压脚背进行采集［６］。点击采集按钮，采集过程中需保持婴儿脚掌紧贴采集窗口，此时可在界面显示抓取的脚纹图像。若图像效果不理想，可调整婴儿脚掌与采集窗口的接触，重新采集。采集得到的脚纹图像连同新生儿的基本信息一起作为原文，通过数字签名功能生成加密数据。脚纹图像及数字签名加密数据都将保存在医院信息系统数据库中。采集工作流程，见图图２采集工作流程３．４软件功能模块３．４．１新生儿脚纹管理页面为本系统主页面，显示当前在院的新生儿列表，显示出脚纹采集情况，以防止遗漏。同时也是各个相关功能的人口。３．４．２脚纹采集从管理页面选中一条新生儿记录，点击采集按钮，进人采集功能页面，首先创建ＯＣＸ对象，同时调用其初始化方法，此时设备已经就绪，等待采集；将婴儿脚掌紧贴采集窗口，按下采集按钮，此时将从活体指掌纹采集仪采集到脚纹图像，然后通过转换算法，将其转为ＢａＳｅ６４编码格式的数据，直接在页面上显示出来；采集页面关闭时将调用活体指掌纹采集仪的关闭方法，用以关闭设备。３．４．３数据保存当采集的图像效果满足需求时按下页面的保存按钮。需要采集员插入ＵＳＢＫｅｙ，此时将使用到数字签名功能。将新生儿的基本信息同脚纹图像的Ｂａｓｅ６４编码数据一起作为签名原文，进行数字签名，得到加密数据，最后将脚纹图像的Ｂａｓｅ６４编码数据和数字签名的加密数据一起提交到医院信息系统数据库进行保存。３．４．４图像查看首先在管理页面中的新生儿列表中选中一条记录。单击阅读按钮，可以从数据库中获取指定新生儿的脚纹记录，由于保存在数据库中的脚纹图像是以Ｂａｓｅ６４编码的数据，超文本标记语言（ＨｙｐｅｒｔｅｘｔＭａｒｋｕｐＬａｎｇｕａｇｅ，ＨＴＭＬ）页面的ｉｍｇ标签支持直接显示此类型数据的图像，所以无需做任何转换处理便可直接在页面上展现。３．４．５图像作废任何经过数字签名并保存的数据都不应被删除。如果因为对采集的效果不满意或其他原因需要重新采集的，先选中指定的新生儿记录，然后点击作废按钮，将原采集的图像记录设置为失效状态，此时可点击采集按钮，重新进行采集。３．４．６生成新生儿脚纹记录单每名新生儿仅允许存在１份此类记录单，所以应首先检查是否存在已生成的有效记录单，若没有将调用电子病历书写．５４．医学信息学杂志２０１９年第４０卷第３期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＤＩＣＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＣＳ２０１９，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．３系统接口，自动生成１份新生儿脚纹记录单，一旦保存，对应的脚纹记录将被锁定，除非删除对应文档，否则不允许对此脚纹记录做任何操作。４应用分析４．１应用效果利用活体指掌纹采集仪对新生儿的脚纹进行数字化采集，解决长期以来使用印墨和纸张进行脚纹拓印而无法实现无纸化的问题。配合数字签名技术保证真实准确。由于产生的是数字化图像，可直接被电子归档，省略从纸质病历扫描成电子化的环节，避免人力、耗材的浪费，符合医院信息化建设发展要求。同时数字化采集到的脚纹效果相对于传统采集方式更加清晰，细节更明显，所包含的信息点更多，对日后脚纹数据的再利用有极大帮助。新生儿脚纹采集效果，见图３。图３新生儿脚纹采集效果４＿２存在的问题和改进在活体指掌纹采集仪投人运行后，根据医护人员反馈发现由于设计之初并未考虑到该仪器会被应用于新生儿的脚纹采集工作，