超聲骨齡與超聲速值（ＳＯＳ）研究的新進展

摘 要：超聲骨齡技術（US-BA）以它的無輻射創傷、即時自行判讀等特點正在對傳統的X光骨齡構成挑戰。通過對近年來有關超聲骨齡技術研究資料的綜述，為CHN骨齡與SOS的進一步研究提供參考。

關鍵詞： X光骨齡；超聲骨齡；超聲速研究；新進展

中圖分類號： G804.2 文章編號：1009-783X(2007)03-0029-04 文獻標識碼： A

Abstract：Ultrasonic Bone-Age (US-BA) technology is forming a challenge to conventional X-ray skeletal-age method with its characteristics of instant appraisal，non-radiation or damages.This article reviews the related research materials of Ultrasonic Bone-Age technique in recent years and tends to provide references on the further study of CHN method and SOS.

Key words：X-ray for Bone-age;Ultrasonic Bone-age;Research in ultrasound of speed;New research

1 傳統X線骨齡正接受新挑戰

骨齡泛指20歲以下的青少年兒童在連續生活年齡上骨骼的發育程度，通常也指骨骼發育年齡，是用以鑒別生長發育、骨骼成熟度的可靠指標^[1]。人體的肩、肘、手腕、股骨、膝、踝以及骨盆等身體部位的骨骼發育程度都可來鑒別骨發育年齡^[2]，但業內人士普遍認為，手腕部長短骨諸骨比較集中的區域，骨化中心的出現與愈合，表現出相應的年齡段特征，既是鑒定人體發育程度的較好部位，也是鑒別身體發育成熟程度高低的一個比較可靠的方法，評價方法可靠，但也存在著機體輻射，環境污染，人機讀片誤差等問題^[3]。

對比發現，傳統的X光骨齡圖譜與計分方法各自具有一些特點（見下表）：譬如，“G-P圖譜”是以30年代美國上層社會富裕兒童為樣本的手腕骨成熟度標準^[4]；“TW計分法”是以英國50年代一般社會經濟水平兒童為樣本，其后又陸續推出了“TW2”、“TW3”等修訂版本^[5]；60年代李果珍等人曾采用以北京地區兒童為樣本，制訂成0～18歲“骨齡百分計數法”，評判我國青少年骨發育等級標準^[6]。以后，各地也先后制定了局部地區的骨齡標準（趙融1981，張國棟1982，張紹巖1987等）。

由于骨發育受遺傳和環境因素的綜合影響，不同人群或同一人群不同年代，在某—年齡段的骨發育成熟度以及隨著年齡的增長骨成熟的速度都不盡相同。G-P圖譜法的優點是判讀方法簡單明確，但存在著不同人種的差異，特別是對發育不均衡的兒童判讀對比誤差較大^[7]，況且使用年代相對比較久遠。對比分析發現，我國兒童青春期前骨發育速率與美國兒童相比骨發育基本等同或略低，而在進入青春期后成熟度加速，普遍存在2～2.5個生活年中跨過3～4個骨齡年，表現為發育提前結束趨向^[8]；而采用TW2法評定我國青少年骨齡值約提前半歲左右，顯然不完全適用于我國兒童^[9]，同樣，一些國外標準都存在著不同年齡段的骨發育不是提前就是延遲等趨向，而CHN法與TW3法所評出的骨齡相對比較接近^[10]。許多學者認為，G-P法以及TW2法的基礎數據庫是在30～50年之前從歐美種族人群中收集而來的，對亞裔兒童需要修正。TW3-RUS以橈、尺骨骺開始融合為骨齡評價的終點，只能局限于男少年16.5歲，女少年15歲以前的兒童進行骨齡評價。2000年起，TW3法有了修訂版，但依舊是歐美骨齡標準。為了有一個適合我國兒童青少年骨發育評價和統一使用的標準，1987年8月國家體委科教司在天津召開了全國體育系統“骨齡研究工作”研討會，確認了研究制訂我國統一的骨發育標準的必要性。1989年9月《中國人手腕骨發育標準——CHN法》研制成功從此建立了中國人骨發育評判標準，很快普及成為體育競賽、運動員科學選材的行業標準^[11]。1990年起張紹巖等人研制的《中國人骨成熟度評價標準及應用》（簡稱CHN法）在我國體育、衛生等領域推廣使用^[12]。CHN法既準確又相對省時，比較適合臨床骨齡的檢測與評定^[13]。

隨著近年來我國社會經濟的快速發展，青少年生長發育水平整體提高，骨發育加速，身高等生長指標的增長總量提前完成等長期變化趨勢突現。發育年齡提前，發育水平增長量也逐漸提前了^[14]。重要的是在CHN法應用的過程中發現有某些骨發育等級的持續時間過長，而在這些等級進程中還存在著手腕骨發育的重要特征（張紹巖，2005）。理論上講，在一定的社會環境條件下，每10～15年就要修訂一次評價標準（張國棟，1984），因此，國內正在積極修訂CHN標準，中華05新方法進一步完善了骨成熟度評價系統，更科學準確地評價我國兒童青少年骨發育生長的長期變化。除此之外，由于超聲技術的迅速發展，國內外許多醫療機構和科研單位也在嘗試運用超聲骨齡和X線自動成像系統等高新科技設備，開展生物學年齡自動判讀研究，為骨發育評價提供了新的測評系統。傳統的X光骨齡評價系統正在接受挑戰。

2 定量超聲骨齡技術的特點

2.1 超聲定義和基本特點

超聲檢測技術的基本原理是利用某種待測的非聲量（如密度、濃度、強度、彈性、硬度、粘度、溫度、流量、液面、厚度、缺陷等）與某些描述媒質聲學特性的超聲量（如聲速、衰減、聲阻抗等）之間存在著直接或間接關系，通過超聲量的測量測出那些待測的非聲量，以探索超聲量與非聲量的關系和規律。聲波是聲源產生的震動通過彈性介質傳播的一種機械波，超聲波（ultrasonic）也是一種聲波，其頻率大于20000Hz，超過人耳聽覺感受范圍的高頻率震動。定量超聲頻率約在750kHz，定量超聲骨齡檢測骺軟骨不僅與軟骨內的礦物質含量（BMD）有關，還與骨內微細結構的變化有關。超聲檢測產生聲速、距離、厚度、壓力和波形等指標參數，最主要的單位為聲速（簡稱sos）值。聲速是聲波在介質中單位時間內傳播的距離。因此，sos的大小與距離正相關，距離越長，sos值越大。然而，在同一個介質當中聲速是固定的，但在不同的介質當中聲速是不一樣。超聲波在介質中傳播時，入射的聲能隨著傳播距離增加由強變弱的這叫聲衰減，在同一介質中，超聲能量的吸收主要與超聲頻率和傳播距離有關。

超聲儀器的一般工作原理是用超聲波在不同介質中傳導速度不同的特點，超聲換能器從軟骨的一側向另一側發射超聲波，再根據接收到的超聲波通過骨組織和其它軟組織的幅度衰減，分別測算出聲速（sos）和超聲振幅衰減（BUA）以及距離，不同的組織其聲速值顯然是各異的（見表2）。

2.2 超聲骨齡技術的研究

以色列、波蘭、韓國等學者曾開展了一些超聲骨齡的臨床醫學研究^[15]（表3），研究對象主要局限于臨床生長發育不良的個體病孩^[16]，但系統化的研究鮮見。上海復旦大學附屬兒科醫院曾對301名健康兒童與以色列開展合作研究，初步得出了X光和Sunlight BonAgeTM兩種G-P法之間的相關系數為R2=0.9的結論^[17]；G-P圖譜與CHN法之間缺乏差異檢驗，CHN法與超聲骺軟骨sos的對應研究幾乎空白。2004年上海體育科學研究所向國家體育總局申請到《中國人骨發育標準修訂》的分課題《中國人骨發育標準評價方法與超聲方法的相關性研究》，開展了較大規模的超聲骨齡課題研究^[18]，旨在針對超聲骨齡儀進行中國模式的二次研究。

研究采用以色列陽光醫療有限公司提供的Sunlight BonAgeTM超聲骨齡儀。通過超聲設備對橈、尺骨遠端骺的軟骨生長板進行一組5次的測量，獲取該部位的聲速值（sos）、距離（distance）、壓力（pressure）、（thickness）及波形（wave）5個技術參數，對應G-P標準，即時自行判讀骨齡。課題的預實驗證實，通過定量超聲技術（US-BA）評價骨骼發育狀況，sos和distance技術參數是判讀骨齡的主要因素，其骨齡判讀的技術路線完全不同于傳統的X光骨齡讀片。

超聲骨齡儀的自行判讀是通過探測橈、尺骨遠端骺干的聲速值（sos）等指標參數，并對應機內G-P標準間接實現的^[29]，它的面世，引發了業內不小的震動。可以說，國內缺乏比較成熟的生物學年齡的自行判讀系統和設備，而自行判讀系統卻正是體育界競技比賽等領域急需要的設備。然而，超聲骨齡的機內標準尚是韓國青少年人群數據，目前還沒有建立我國兒童青少年人群的模型與標準，特別是CHN法已經成為體育界的行業標準，人們對超聲骨齡儀的技術路線尚有疑問，Sunlight BonAgeTM與CHN法的對應性研究幾乎未見報導，這就在較大程度上限制了超聲骨齡儀器的推廣，同時也對G-P與CHN兩標準間出現的誤差產生了一些微詞，如果僅僅采取以sun-BA骨齡進行推導，難免會對檢測結果帶來一些誤差，一些專業人士提出，使用G-P圖譜做對應判讀是否會造成檢測結果的偏差？其修正系數是如何設定的？僅僅通過橈、尺骨的sos值等指標參數能否精確地反映骨成熟度？對應的回歸評判公式檢驗結果怎樣等等？Sunlight公司發表的研究報告指出，超聲技術（US-BA）被公認為是一項新技術，整個骨齡判讀過程都由超聲儀器自動完成，既可以避免放射線的損傷和污染，更重要的是可以解決人機讀片帶來的主觀誤差（見表4），儀器與X線骨齡片的相關性為0.90，讀片的精確度在0.2～0.5歲之間^[30]。

3 超聲骨齡技術存在的問題

我國各醫療單位和體育界對sunlight超聲骨齡儀的運用愈來愈多，人們不僅關注該設備的安全可靠，更注重測量結果的科學可靠。然而，一些學者尚對超聲技術鑒定骨齡持有不同看法與疑慮。

首先，橈、尺骨在手腕骨發育中的代表性問題。橈、尺骨的骨化中心出現、生長發育和愈合過程貫穿于整個兒童期與青春發育期，是比較典型的骨骼成熟度觀察部位^[23]，為防止在使用G-P圖譜評定骨齡過程中遺漏一些重要的骨發育特征，Greulich建議讀片應養成按照固定順序觀察手腕諸骨的習慣，而觀察順序就由橈骨、尺骨遠端骨骺開始。布拉什基金研究中心的研究指出^[24]，男童橈骨骨化中心出現的平均年齡為12.5±4.6個月；女童為10.2±3.7個月；而男少年尺骨骨化中心出現的平均年齡為82.8±15.7個月，女少年為73.0±11.3個月；而男女青少年橈骨遠端骨骺的愈合分別要到18.4和18歲，尺骨分別為17.3和17歲左右（張紹巖，1988），中華05新方法在增加發育等級的基礎上可延長上述骨骼愈合的觀察時間（張紹巖，2005）。超聲骨齡儀測量橈、尺骨遠端骺軟骨的聲速值量，主要與骺軟骨的成熟度有關^[25]。

其次，橈、尺骨在手腕骨發育中的權重值問題。在整個兒童期與青春發育期內，橈、尺骨的生長發育和愈合占據較大評定等級權重。1959年，在“牛津法”基礎上，Tanner與Whitehouse根據哈彭登生長研究中心以6個月為間隔的10年縱斷X線片確定了手腕骨發育等級系列，其中橈骨為9個骨發育等級，其它骨為8個等級^[26]。1962年，Tanner等人提出了手腕各骨在成熟度評價中的權重分配問題，其中橈骨、尺骨與第一、三、五掌骨各占10%，每塊腕骨各占7%權重^[27]。TW2法取消了TW1法中7塊骨的最后一個骨發育等級，其中包括橈骨和尺骨的最后一個完成愈合等級，因為橈、尺骨的最后一個等級意味著手腕骨完全發育成熟^[28]。CHN法原來也考慮了尺骨作為觀察點，只因為其等級4前的變異較多，進程迅速而被迫取消，其實橈、尺骨后期發育的進程就相當穩定，對骨齡評價貢獻率很大（張紹巖2005），TW3、CHN與中華05橈骨的評定等級均在10%左右。中華05法將有原先CHN法的103個等級擴充到150個等級，其中，將橈、尺骨由原來的15個等級增至26個評定等級，細化評定等級和強化階段性特征，為即將愈合的骨齡鑒定提供了依據。

4 超聲骨齡技術的展望

超聲技術經過幾十年的發展，已經被廣泛地應用于醫學等各種領域，比喻各種超聲圖象，超聲骨密度等等，其超聲技術的應用已經發展得很成熟，把超聲技術應用于生物學年齡，開展骨齡自行化判讀是近幾年才發展起來的一項新技術。超聲骨齡儀采用定量超聲技術，突破傳統的X光讀片方法，以聲速值等指標參數進行自行判讀，這在骨發育診斷學是一項新技術，是一種新方法。盡管Sunlight BonAgeTM設備目前還只是處在探索階段，許多技術應用還不清晰、不成熟，但給生物學年齡研究提供了一個新平臺。

從目前國內外同類研究來看，絕大部分橈、尺骨的研究發現超聲判讀出的骨齡與X線拍片后的判讀出骨齡整體結果都有高度的相關性，少數其他身體骨骼部位的對比判讀呈現低度相關的報道。兩種方法的判讀結果差值在1歲左右，也有少數的報道在2歲左右^[31]，骨齡與聲速值的回歸模型的Sy值離專業要求偏大，顯然，超聲骨齡的實際操作方面的精確性與重復性尚存在著一定問題，這與使用兩種不同的骨齡標準有關，需要對超聲儀器進行行業標準替代研究。研究認為，超聲技術應用于生物學年齡的判讀畢竟還只是處于起始階段，在許多其它方面還是需要進一步完善。

研究結果提示，超聲骨齡的鑒定與被檢測骨的多少無關，主要與被檢測骨的密度、距離、壓力、厚度和波形等技術參數有關，并根據這些參數所建立的技術模型。今后研究的重點應放在Chinese BonAge與CHN或中華05新標準的相關關系研究、可替代模型方面。此外骨齡與sos的對應性研究證實，超聲技術的原理，測試時所取部位的合理性，sos是否能非常敏感地反映整個發育過程，超聲測試過程中怎樣消除周圍的軟組織對聲速的影響，超聲儀器采集數據時的穩定性等等，也都需要我們進一步研究。盡管有許多的難題擺在我們面前，但是我們相信在不久的將來這些難題將一一會得到解決和證實，超聲技術在生物學年齡判讀方面的發展也將會越來越成熟，最后也會象X光讀片法的發展一樣，將會根據我國青少年兒童的生長發育特點建立起Chinese BonAge超聲骨齡自動化判讀模型與標準。

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