大數據骨齡平臺在青少年生長發育評價中應用的理論研究

摘要：本文運用文獻資料法、對比分析法對比國外常用五種骨齡測評標準（G-P圖譜法、RWT法、FELS法、TW2、TW3），國內常用六種骨齡測評標準（吳恩慧標準骨齡、顧光寧顧氏圖譜、李果珍骨齡百分計數法、葉義言葉氏骨齡評分法、張紹巖、紹偉東等CHN法、張紹巖中華05法）的方法基礎和樣本情況；對比分析國內外圖譜法和計分法不同測評標準間的差異；確定支持“骨齡等級標準統一化，骨齡評價標準地域化，生長發育評估動態化”的技術原理，最終，確定建立大數據骨齡平臺評價青少年生長發育的評價方法，提高兒童青少年生長發育評估的準確性。

關鍵詞：數字骨齡；青少年；生長發育

骨齡是骨發育成熟度年齡的簡稱，是以特定人群骨骼發育的共有特征評測個體骨骼發育成熟程度的方法和技術。這些特征具有普遍性和不可逆的特性，是目前臨床測評個體發育偏離程度最準確、最客觀的方法。兒童青少年骨齡的鑒定，可以有效的對青少年生長發育進行客觀評價。近年來，隨著骨齡研究的不斷深入和數字化影像技術在骨齡測試中的應用，使得骨齡測評方法在實踐中得到廣泛推廣。

一、國外常用骨齡測評標準的概述

國外常用骨齡測評標準主要有以下五種：G-P圖譜法、RWT法、FELS法、TW2、TW3。G-P圖譜法是對美國白人兒童少年縱向的跟蹤，通過對橈骨、尺骨、腕骨、掌指骨及籽骨隨年齡增長出現的規律性的骨性變化特征的觀察和分類，最終篩選出男31張，女27張的骨齡標準片作為標準圖譜。該圖譜對不同年齡階段的標準片分別進行了說明和描述，詳細列出了手腕各骨的成熟度指征，并明確標示出樣片中各骨的骨齡，為該圖譜的廣泛使用提供了穩定的評價基礎。RWT法是美國FELS研究所經過多年研究提出的膝部骨齡評價法。該方法通過縱向追蹤拍攝20世紀30年代至70年代美國俄亥俄州的279名男性和273名女性兒童少年的左側膝關節前后正位的X線片。根據膝關節部位股骨下端、脛骨上端、腓骨上端的不同骨性成熟指征和部分可以測量的指標建立起來的評價體系。FELS法也是美國FELS研究所經過多年研究提出的用于手腕部骨評價骨齡的方法。該方法依據7塊腕骨、橈骨、尺骨和掌指骨的骨性成熟指征和部分可以測量的指標建立起來的評價體系。TW系列評分法是對英國和西歐2000多名兒童青少年手腕部X線片的長期縱向研究，于1962年提出了一套骨發育評分系統。該方法選取橈骨、尺骨、第Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ掌、指骨和其他腕骨共20塊骨作為參評骨，并對每塊骨進行了分級，依據不同骨間成熟度得分總方差和最小化的計算方法，確定了不同等級的得分。TW2、TW3都是在這同一種方法基礎上建立的骨齡測評標準，只是兩者使用的樣本人群發生了更新。在總結國外的骨齡研究發現中，國外的骨齡測評標準多使用縱向追蹤研究或橫斷面調查與縱向追蹤研究相結合的方法。縱向追蹤研究能夠記錄骨發育過程中的各個指征變化，不至于因為橫斷面調查而丟失部分指征信息。國外針對FELS法的研究遠沒有G-P圖譜法和TW系列的多，國外學者對G-P圖譜法和TW系列使用更加廣泛。

二、國內常用骨齡測評標準的概述

國內常用六種骨齡測評標準主要有以下六種：吳恩慧標準骨齡、顧光寧顧氏圖譜、李果珍骨齡百分計數法、葉義言葉氏骨齡評分法、張紹巖、紹偉東等CHN法、張紹巖中華05法。我國學者早在上個世紀50年代，就已經開始了骨齡方面的研究，吳恩慧標準骨齡是我國最早出現的骨齡測評標準。盡管該標準在方法選擇和標準骨齡圖繪制上略顯粗糙，但這樣多關節的研究卻為后來手腕骨骨齡研究和“六關節”法醫成年人年齡推測提供了參考依據和方法學的基礎。顧光寧顧氏圖譜、李果珍骨齡百分計數法、葉義言葉氏骨齡評分法均是以我國不同地區的青少年為樣本而制定的骨齡標準，盡管三者在樣本選擇上都有樣本量過少，來源單一的缺點，但是作為方法學的探討，只要方法本身是穩定的，有規律的，那么在衡量個體或群體兒童青少年生長發育還是具有一定的區分度的，仍然是值得推崇的。CHN法和中華05法均是使用我國城市兒童樣本而制定的骨齡標準，二者樣本量大，且在定標后，都使用檢驗樣本驗證該方法的有效性，相對的提高了評價方法的準確性。國內的骨齡研究中，基本使用的是橫斷面調查研究，結合縱向追蹤的研究相對較少，這兩種方法同樣使用的是橫斷面調查法。除了取樣年代有區別外，這兩種方法最主要區別是：選擇參評骨和賦分方法計算上的區別。也就是說，同是等級計分法的方法學基礎，但是，參評骨選擇和賦分計算方面卻出現了明顯的不一樣。

三、不同測評標準的對比分析

對比相同年代下不同種族的骨發育特征，我們發現：腕部骨化中心出現的先后順序不受年代、性別和種族的影響；橈-尺-掌指骨骨化中心出現的先后順序和愈合順序不受年代、性別和種族的影響；不同種族之間（中外）相比：女童腕骨骨化中心出現時間相差不大；而中國男童腕骨骨化中心和尺骨骨化中心的出現明顯遲于外國兒童。特別是舟骨、大多角骨、小多角骨和尺骨之間的差異非常明顯。

對比不同年代下同一種族的骨發育特征，我們發現：無論男女，除了頭狀骨、鉤骨、第Ⅰ掌骨的出現時間大致相同外，其他的腕骨和橈-尺-掌指骨多數有一定程度的提前。另外，掌指骨的愈合年齡也均有提前。經過40年的發展，國外男童橈尺骨開始愈合的年齡由原來的18.1歲降為16.5歲，女童橈尺骨開始愈合的年齡由原來的15.9歲降為15歲；而腕骨發育完全的年齡男女兒童均降了0.4歲。也就表明骨齡有提前發育的長期趨勢，這也要求研究者要建立動態的生長發育評估方法。

對比CHN與RUS-CHN的有效評價年齡，我們發現，經過20年的發展，我國男童橈尺骨完全愈合的年齡由原來的18.4歲降為18歲，女童橈尺骨完全愈合的年齡由原來的17.3歲降為17歲。這里需要明確的是，國內CHN和RUS-CHN法的終止年齡以橈尺骨完全愈合為標準，而國外TW2和TW3法的終止年齡以橈尺骨開始愈合為標準。正是因為國內外計分法判別等級標準不一致，從而導致國內外的骨齡研究成果不能實現橫向的對比，以至于當國內外同一年齡組別的兒童骨齡值不一致時，我們不能直接通過橫向對比去判斷這種生長發育的差異究竟是由種族、地域造成的，還是由測評標準的不一致造成的。

四、骨齡平臺在青少年生長發育評價中的應用原理

骨齡測評方法從圖譜法到等級計分法的改進，實現了骨齡測評由定性研究到半定量研究的轉變。如今，數字骨齡片的出現及影像圖片的處理技術為骨齡的定量研究提供了可行的方法。從而避免了半定量研究中，骨骺形狀在變大，但是不足以發展到下一個等級而忽略骨齡增長的問題。以往國內骨齡標準制定使用的都是傳統的X光膠片，在大量X光片的保存、管理及與個人資料的一一對應中，會出現一系列的麻煩，特別是在實現大批量X光片資源共享的問題上有很多局限性。同時，膠片的不斷老化和丟失也會使骨齡研究失去重要的資源。數字化骨齡片的出現及圖像識別技術的發展為骨齡的定量研究提供了方法學基礎。數字骨齡片的出現可以輕松實現X光片的保存、管理及維護等問題，可以輕松實現個人信息與數字X光片的一一對應，同時方便不同研究者之間實現資源共享，解決以往骨齡研究碎片化、地區化、斷層化的問題，降低骨齡研究者的共有成本，同時可以豐富研究成果。

依據數字骨齡片方便儲存和共享的特點，我們可以建立一個公用的數據平臺，不同研究者之間可以建立協議，共同維護、管理、共享所有的資源。數字骨齡片的應用及云技術和大數據理念的發展第一種研究思路為：延續先前國內外半定量研究（等級計分法）的經驗，經過專家論證，業內使用統一的骨齡等級判別標準，不再通過具體算法確定各骨權重和不同等級的賦分值，只需人工判斷參評骨的發育等級，然后輸入電子系統，同時記錄個人身高、體重、出生年月、測試時間、種族、生活所在地等個人信息，通過大樣本量數據的不斷收集和積累，可以輕松實現某個年齡段、某個地區骨齡發育的基本情況，同時可以實現個體與同齡人的橫向對比，得出個體在同齡人中的發育情況。可以實現不同種族、不同地域之間骨齡發育情況的對比，也可以縱向對比不同年代同一種族人的骨齡發育情況。從而可以實現“骨齡等級標準統一化，骨齡評價標準地域化”，方便不同地域、不同種族之間數據的對比，從而判斷地域差異、種族差異對兒童青少年生長發育的影響。同時，方便推出針對不同地區、不同民族的骨齡評價標準，從而使得骨齡評價更有針對性和有效性，可以實現青少年生長發育的動態評價。

另一種研究思路為：目前X光機拍攝出來的數字圖像，其格式一般為DICOM，該文件中不僅僅包含了數字圖像普遍包括的像素點的顏色或灰度信息，實際使用中可以把它當中包含的圖像信息提出來，利用圖像處理技術對其進行濾波降噪、邊緣識別、量算等，然后通過計算機智能判斷所有參評骨骨骺是否出現，計算骨骺的長度、寬度、面積、骨骺與骨干比值、骨骺帽的面積、角度、干骺之間的距離及融合過程中的愈合程度，并對此量化信息進行擬合。使數字骨齡片的圖像信息完全數字化，通過大樣本量數據的收集，最終實現計算機智能判斷個體骨齡。不過，目前國內外針對數字醫學影像的應用還基本處在人工判斷和識別數字影像，完全的智能識別還在進一步的研究中，這是數字骨齡智能化評判的難點，也會是智能識別、自動化測評研究的重點。

五、結論與建議

數字骨齡片的應用、影像圖片處理技術及云技術和大數據的發展可以滿足建立動態化的骨齡測評標準，可以實現“骨齡等級標準統一化，骨齡評價標準地域化，生長發育評估動態化”，從而實現青少年生長發育的及時評價，確保兒童青少年生長發育評估的準確性。可以實現建立動態化的骨齡測評標準，從而實現青少年生長發育的動態評價。同時，也為計算機智能評判個體骨齡提供了理論依據。

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（作者單位：許昌學院體育學院）