大数据骨龄平台在青少年生长发育评价中应用的理论研究

摘要：本文运用文献资料法、对比分析法对比国外常用五种骨龄测评标准（G-P图谱法、RWT法、FELS法、TW2、TW3），国内常用六种骨龄测评标准（吴恩慧标准骨龄、顾光宁顾氏图谱、李果珍骨龄百分计数法、叶义言叶氏骨龄评分法、张绍岩、绍伟东等CHN法、张绍岩中华05法）的方法基础和样本情况；对比分析国内外图谱法和计分法不同测评标准间的差异；确定支持“骨龄等级标准统一化，骨龄评价标准地域化，生长发育评估动态化”的技术原理，最终，确定建立大数据骨龄平台评价青少年生长发育的评价方法，提高儿童青少年生长发育评估的准确性。

关键词：数字骨龄；青少年；生长发育

骨龄是骨发育成熟度年龄的简称，是以特定人群骨骼发育的共有特征评测个体骨骼发育成熟程度的方法和技术。这些特征具有普遍性和不可逆的特性，是目前临床测评个体发育偏离程度最准确、最客观的方法。儿童青少年骨龄的鉴定，可以有效的对青少年生长发育进行客观评价。近年来，随着骨龄研究的不断深入和数字化影像技术在骨龄测试中的应用，使得骨龄测评方法在实践中得到广泛推广。

一、国外常用骨龄测评标准的概述

国外常用骨龄测评标准主要有以下五种：G-P图谱法、RWT法、FELS法、TW2、TW3。G-P图谱法是对美国白人儿童少年纵向的跟踪，通过对桡骨、尺骨、腕骨、掌指骨及籽骨随年龄增长出现的规律性的骨性变化特征的观察和分类，最终筛选出男31张，女27张的骨龄标准片作为标准图谱。该图谱对不同年龄阶段的标准片分别进行了说明和描述，详细列出了手腕各骨的成熟度指征，并明确标示出样片中各骨的骨龄，为该图谱的广泛使用提供了稳定的评价基础。RWT法是美国FELS研究所经过多年研究提出的膝部骨龄评价法。该方法通过纵向追踪拍摄20世纪30年代至70年代美国俄亥俄州的279名男性和273名女性儿童少年的左侧膝关节前后正位的X线片。根据膝关节部位股骨下端、胫骨上端、腓骨上端的不同骨性成熟指征和部分可以测量的指标建立起来的评价体系。FELS法也是美国FELS研究所经过多年研究提出的用于手腕部骨评价骨龄的方法。该方法依据7块腕骨、桡骨、尺骨和掌指骨的骨性成熟指征和部分可以测量的指标建立起来的评价体系。TW系列评分法是对英国和西欧2000多名儿童青少年手腕部X线片的长期纵向研究，于1962年提出了一套骨发育评分系统。该方法选取桡骨、尺骨、第Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ掌、指骨和其他腕骨共20块骨作为参评骨，并对每块骨进行了分级，依据不同骨间成熟度得分总方差和最小化的计算方法，确定了不同等级的得分。TW2、TW3都是在这同一种方法基础上建立的骨龄测评标准，只是两者使用的样本人群发生了更新。在总结国外的骨龄研究发现中，国外的骨龄测评标准多使用纵向追踪研究或横断面调查与纵向追踪研究相结合的方法。纵向追踪研究能够记录骨发育过程中的各个指征变化，不至于因为横断面调查而丢失部分指征信息。国外针对FELS法的研究远没有G-P图谱法和TW系列的多，国外学者对G-P图谱法和TW系列使用更加广泛。

二、国内常用骨龄测评标准的概述

国内常用六种骨龄测评标准主要有以下六种：吴恩慧标准骨龄、顾光宁顾氏图谱、李果珍骨龄百分计数法、叶义言叶氏骨龄评分法、张绍岩、绍伟东等CHN法、张绍岩中华05法。我国学者早在上个世纪50年代，就已经开始了骨龄方面的研究，吴恩慧标准骨龄是我国最早出现的骨龄测评标准。尽管该标准在方法选择和标准骨龄图绘制上略显粗糙，但这样多关节的研究却为后来手腕骨骨龄研究和“六关节”法医成年人年龄推测提供了参考依据和方法学的基础。顾光宁顾氏图谱、李果珍骨龄百分计数法、叶义言叶氏骨龄评分法均是以我国不同地区的青少年为样本而制定的骨龄标准，尽管三者在样本选择上都有样本量过少，来源单一的缺点，但是作为方法学的探讨，只要方法本身是稳定的，有规律的，那么在衡量个体或群体儿童青少年生长发育还是具有一定的区分度的，仍然是值得推崇的。CHN法和中华05法均是使用我国城市儿童样本而制定的骨龄标准，二者样本量大，且在定标后，都使用检验样本验证该方法的有效性，相对的提高了评价方法的准确性。国内的骨龄研究中，基本使用的是横断面调查研究，結合纵向追踪的研究相对较少，这两种方法同样使用的是横断面调查法。除了取样年代有区别外，这两种方法最主要区别是：选择参评骨和赋分方法计算上的区别。也就是说，同是等级计分法的方法学基础，但是，参评骨选择和赋分计算方面却出现了明显的不一样。

三、不同测评标准的对比分析

对比相同年代下不同种族的骨发育特征，我们发现：腕部骨化中心出现的先后顺序不受年代、性别和种族的影响；桡-尺-掌指骨骨化中心出现的先后顺序和愈合顺序不受年代、性别和种族的影响；不同种族之间（中外）相比：女童腕骨骨化中心出现时间相差不大；而中国男童腕骨骨化中心和尺骨骨化中心的出现明显迟于外国儿童。特别是舟骨、大多角骨、小多角骨和尺骨之间的差异非常明显。

对比不同年代下同一种族的骨发育特征，我们发现：无论男女，除了头状骨、钩骨、第Ⅰ掌骨的出现时间大致相同外，其他的腕骨和桡-尺-掌指骨多数有一定程度的提前。另外，掌指骨的愈合年龄也均有提前。经过40年的发展，国外男童桡尺骨开始愈合的年龄由原来的18.1岁降为16.5岁，女童桡尺骨开始愈合的年龄由原来的15.9岁降为15岁；而腕骨发育完全的年龄男女儿童均降了0.4岁。也就表明骨龄有提前发育的长期趋势，这也要求研究者要建立动态的生长发育评估方法。

对比CHN与RUS-CHN的有效评价年龄，我们发现，经过20年的发展，我国男童桡尺骨完全愈合的年龄由原来的18.4岁降为18岁，女童桡尺骨完全愈合的年龄由原来的17.3岁降为17岁。这里需要明确的是，国内CHN和RUS-CHN法的终止年龄以桡尺骨完全愈合为标准，而国外TW2和TW3法的终止年龄以桡尺骨开始愈合为标准。正是因为国内外计分法判别等级标准不一致，从而导致国内外的骨龄研究成果不能实现横向的对比，以至于当国内外同一年龄组别的儿童骨龄值不一致时，我们不能直接通过横向对比去判断这种生长发育的差异究竟是由种族、地域造成的，还是由测评标准的不一致造成的。

四、骨龄平台在青少年生长发育评价中的应用原理

骨龄测评方法从图谱法到等级计分法的改进，实现了骨龄测评由定性研究到半定量研究的转变。如今，数字骨龄片的出现及影像图片的处理技术为骨龄的定量研究提供了可行的方法。从而避免了半定量研究中，骨骺形状在变大，但是不足以发展到下一个等级而忽略骨龄增长的问题。以往国内骨龄标准制定使用的都是传统的X光胶片，在大量X光片的保存、管理及与个人资料的一一对应中，会出现一系列的麻烦，特别是在实现大批量X光片资源共享的问题上有很多局限性。同时，胶片的不断老化和丢失也会使骨龄研究失去重要的资源。数字化骨龄片的出现及图像识别技术的发展为骨龄的定量研究提供了方法学基础。数字骨龄片的出现可以轻松实现X光片的保存、管理及维护等问题，可以轻松实现个人信息与数字X光片的一一对应，同时方便不同研究者之间实现资源共享，解决以往骨龄研究碎片化、地区化、断层化的问题，降低骨龄研究者的共有成本，同时可以丰富研究成果。

依据数字骨龄片方便储存和共享的特点，我们可以建立一个公用的数据平台，不同研究者之间可以建立协议，共同维护、管理、共享所有的资源。数字骨龄片的应用及云技术和大数据理念的发展第一种研究思路为：延续先前国内外半定量研究（等级计分法）的经验，经过专家论证，业内使用统一的骨龄等级判别标准，不再通过具体算法确定各骨权重和不同等级的赋分值，只需人工判断参评骨的发育等级，然后输入电子系统，同时记录个人身高、体重、出生年月、测试时间、种族、生活所在地等个人信息，通过大样本量数据的不断收集和积累，可以轻松实现某个年龄段、某个地区骨龄发育的基本情况，同时可以实现个体与同龄人的横向对比，得出个体在同龄人中的发育情况。可以实现不同种族、不同地域之间骨龄发育情况的对比，也可以纵向对比不同年代同一种族人的骨龄发育情况。从而可以实现“骨龄等级标准统一化，骨龄评价标准地域化”，方便不同地域、不同种族之间数据的对比，从而判断地域差异、种族差异对儿童青少年生长发育的影响。同时，方便推出针对不同地区、不同民族的骨龄评价标准，从而使得骨龄评价更有针对性和有效性，可以实现青少年生长发育的动态评价。

另一种研究思路为：目前X光机拍摄出来的数字图像，其格式一般为DICOM，该文件中不仅仅包含了数字图像普遍包括的像素点的颜色或灰度信息，实际使用中可以把它当中包含的图像信息提出来，利用图像处理技术对其进行滤波降噪、边缘识别、量算等，然后通过计算机智能判断所有参评骨骨骺是否出现，计算骨骺的长度、宽度、面积、骨骺与骨干比值、骨骺帽的面积、角度、干骺之间的距离及融合过程中的愈合程度，并对此量化信息进行拟合。使数字骨龄片的图像信息完全数字化，通过大样本量数据的收集，最终实现计算机智能判断个体骨龄。不过，目前国内外针对数字医学影像的应用还基本处在人工判断和识别数字影像，完全的智能识别还在进一步的研究中，这是数字骨齡智能化评判的难点，也会是智能识别、自动化测评研究的重点。

五、结论与建议

数字骨龄片的应用、影像图片处理技术及云技术和大数据的发展可以满足建立动态化的骨龄测评标准，可以实现“骨龄等级标准统一化，骨龄评价标准地域化，生长发育评估动态化”，从而实现青少年生长发育的及时评价，确保儿童青少年生长发育评估的准确性。可以实现建立动态化的骨龄测评标准，从而实现青少年生长发育的动态评价。同时，也为计算机智能评判个体骨龄提供了理论依据。

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（作者单位：许昌学院体育学院）