三種方法評(píng)估藏族兒童骨齡效果比較及藏族兒童骨齡發(fā)育特點(diǎn)

次旦旺久，拉巴頓珠，王鳳丹，顧 瀟，陳 適，劉永亮，石 磊，潘 慧，銀 武，金征宇

1西藏自治區(qū)人民醫(yī)院放射科，拉薩 850000 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院 2放射科 3內(nèi)分泌科， 北京 100730 4杭州依圖醫(yī)療科技有限公司， 杭州 310000

骨齡是國(guó)際公認(rèn)的可準(zhǔn)確反映個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育水平的重要指標(biāo)，廣泛用于兒童以及青少年生長(zhǎng)發(fā)育評(píng)估、疾病診斷及藥物療效評(píng)價(jià)[1- 2]。目前我國(guó)常用的骨齡測(cè)定方法有Greulich-Pyle(GP)圖譜法[3]、Tanner-Whitehouse3(TW3)法[4]和中國(guó)人手腕骨發(fā)育標(biāo)準(zhǔn)-中華05.Ⅳ.(中華05)法[5]，其中GP圖譜法由于簡(jiǎn)便易行，已成為國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的骨齡評(píng)估方法。

骨齡受人群的遺傳特異性、地域差異、營(yíng)養(yǎng)狀況、內(nèi)分泌水平等多種因素影響[2,6]。西藏自治區(qū)以藏族人群為主，長(zhǎng)期生活在高海拔地區(qū)，獨(dú)特的自然環(huán)境和飲食習(xí)慣可能引起其骨齡發(fā)育異于一般人群[7]。截至目前，尚缺乏藏族兒童骨齡發(fā)育的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。本研究旨在評(píng)估GP圖譜法、TW3法、中華05法在藏族兒童骨齡評(píng)估中的效果，并進(jìn)一步探究藏族兒童的骨齡發(fā)育規(guī)律。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

回顧性收集并分析2013年9月至2019年11月因外傷就診西藏自治區(qū)人民醫(yī)院的藏族兒童臨床資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)長(zhǎng)期生活在拉薩地區(qū)(海拔3500 m以上);(2)年齡4～18歲；(3)行左手腕后前位X線檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)X線圖像質(zhì)量差，無法滿足骨齡判讀需求者；(2)年齡或性別信息缺失者。

本研究已通過西藏自治區(qū)人民醫(yī)院倫理審查委員會(huì)審批(審批號(hào)：ME-TBHP- 20-KJ007)。

1.2 骨齡評(píng)估方法

1.2.1 GP圖譜法

由西藏自治區(qū)人民醫(yī)院放射科影像存檔和通信系統(tǒng)(picture archiving and communication systems, PACS)導(dǎo)出所有藏族兒童左手腕X線圖像，導(dǎo)出格式為JPEG。由2名北京協(xié)和醫(yī)院醫(yī)生(1名具有10年骨齡判讀經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生，1名具有15年骨齡判讀經(jīng)驗(yàn)的內(nèi)分泌科醫(yī)生)依據(jù)GP圖譜法共同閱片，若2名醫(yī)生評(píng)估結(jié)果一致，該結(jié)果可作為患兒的GP圖譜法骨齡。若意見存在分歧，則另咨詢1名具有20年骨齡判讀經(jīng)驗(yàn)的內(nèi)分泌科醫(yī)生，由其進(jìn)行結(jié)果判定。閱片時(shí)，僅告知閱片者患兒的日歷年齡及性別，不告知民族、診斷及其他臨床信息。所用GP圖譜為2011年由牛津大學(xué)出版社出版的Skeletal Development of the Hand and Wrist-A Radiographic Atlas and Digital Bone Age Companion。

1.2.2 TW3法及中華05法

TW3法(包括TW3-RUS與TW3-Carpal)及中華05法骨齡由Yi-TU 人工智能(artificial intelligence, AI)骨齡系統(tǒng)自動(dòng)閱片完成[8]。該AI骨齡系統(tǒng)針對(duì)中國(guó)兒童研發(fā)，采用深度殘差網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法，訓(xùn)練集為8005份骨齡片，驗(yàn)證集為804份骨齡片，其對(duì)測(cè)試集(250份骨齡片)的骨齡判讀準(zhǔn)確度優(yōu)于有經(jīng)驗(yàn)的人工閱片。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 22.0和MedClac 11.4.2.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。骨齡為計(jì)量資料，以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較各年齡段藏族兒童的GP圖譜法骨齡與日歷年齡的差異。采用Pearson相關(guān)法分析GP圖譜、TW3及中華05 3種方法測(cè)量的骨齡與日歷年齡的相關(guān)性。其中，相關(guān)系數(shù)r在0.0～0.10表示不相關(guān)，>0.10～0.20為低度相關(guān)，>0.20～0.40為一般相關(guān)，>0.40～0.60為中等相關(guān)，>0.60～0.80為顯著相關(guān)，>0.80～1.00為高度相關(guān)。雙側(cè)檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般臨床資料

共305例符合納入和排除標(biāo)準(zhǔn)的藏族兒童入選本研究。其中男童209例，女童96例；平均日歷年齡(11.22±4.81)歲。男童平均日歷年齡(11.53±4.81)歲，女童平均日歷年齡(10.52±4.77)歲(圖1)。

圖 1 305例藏族兒童日歷年齡分布條形圖

2.2 不同方法測(cè)定的骨齡結(jié)果與日歷年齡的相關(guān)性

Pearson相關(guān)法分析顯示，GP圖譜、TW3-RUS、TW3-Carpal及中華05法測(cè)定的骨齡與藏族兒童日歷年齡均高度相關(guān)，其中以GP圖譜法的相關(guān)性最強(qiáng)(r=0.961)，其次為TW3-RUS法(r=0.941)、中華05法(r=0.937)、TW3-Carpal法(r=0.895)。進(jìn)一步對(duì)性別分層分析后亦得到類似的結(jié)果(表1)。

2.3 藏族兒童的骨齡發(fā)育特點(diǎn)

由于GP圖譜法骨齡與日歷年齡的相關(guān)性最強(qiáng)，故以此法測(cè)定的骨齡為藏族兒童的骨齡結(jié)果。各年齡段骨齡與日歷年齡的差值變化如圖2(差值小于0表明存在發(fā)育延緩)，提示藏族兒童普遍存在發(fā)育延緩。4～10歲兒童的骨齡不同程度地小于日歷年齡(男童骨齡落后0.49～1.75歲，女童骨齡落后0.57～1.46歲)；青春發(fā)育期(11～15歲)兒童的骨齡超過日歷年齡(13歲男童除外)，呈追趕趨勢(shì)(15歲男童骨齡提前0.83歲，15歲女童骨齡提前0.28歲)，但16～18歲時(shí)的骨齡仍小于日歷年齡(18歲男童骨齡落后0.96歲，18歲女童骨齡落后1.96歲)。藏族男童4～8歲、10歲、13歲、17～18歲及女童4～6歲、17～18歲的骨齡(GP法)與日歷年齡的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)(表2)。

表 2 不同年齡段藏族兒童GP圖譜法骨齡與日歷年齡的差值分布?xì)q)

圖 2 藏族兒童各年齡段骨齡發(fā)育情況

3 討論

本研究采用GP圖譜、TW3及中華05法 3種臨床常用的方法對(duì)305例因外傷就診藏族兒童進(jìn)行骨齡測(cè)定，發(fā)現(xiàn)3種方法測(cè)得的骨齡與日歷年齡的相關(guān)性均較好(r均≥0.895)，其中GP圖譜法骨齡與日歷年齡的相關(guān)性最佳(r=0.961)。藏族兒童骨齡發(fā)育特點(diǎn)為青春期前骨齡小于日歷年齡，青春發(fā)育期骨齡呈追趕趨勢(shì)，但至16～18歲時(shí)骨齡仍小于日歷年齡。

不同的骨齡測(cè)定方法適用于不同人群[9- 11]，目前尚無專門用于評(píng)估藏族兒童骨骼發(fā)育標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定方法，因此需在臨床廣泛認(rèn)可的方法中探尋與藏族兒童日歷年齡最匹配的骨齡測(cè)定方法。GP圖譜法以美國(guó)中產(chǎn)階級(jí)家庭兒童的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將兒童的骨齡片與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)比，以最接近者為GP圖譜法測(cè)定的骨齡。該方法簡(jiǎn)便、直觀，基本涵蓋了兒童手腕骨發(fā)育過程中的所有共性骨性特征，在全世界應(yīng)用最為廣泛[3]。但對(duì)性早熟、矮小癥、缺乏生長(zhǎng)激素等患兒的評(píng)估可能易存在偏差，并非適用于不同種族、不同社會(huì)環(huán)境下的所有兒童。TW3法以20世紀(jì)90年代美囯歐洲后裔、西班牙、英國(guó)兒童為樣本，其將20塊手腕骨分別進(jìn)行成熟度評(píng)分，再加權(quán)計(jì)算總分以得到骨齡結(jié)果。該方法通過骨齡發(fā)育分期揭示兒童成熟標(biāo)志，結(jié)果較準(zhǔn)確，但操作繁瑣、耗時(shí)較長(zhǎng)。中華05法參照TW3法計(jì)算腕骨成熟評(píng)分，并以中國(guó)人群為基礎(chǔ)使用分類特征方差和方差極小化法進(jìn)行了校正。該方法的優(yōu)點(diǎn)是基于中國(guó)人群的生長(zhǎng)發(fā)育數(shù)據(jù)，但僅納入29塊手腕骨中的14塊，且其參考數(shù)據(jù)可能較陳舊。

本研究發(fā)現(xiàn)，GP圖譜、TW3及中華05法測(cè)定的拉薩地區(qū)藏族兒童骨齡與日歷年齡均呈高度正相關(guān)，提示其骨骼隨年齡增長(zhǎng)而逐步發(fā)育，符合生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律。其中GP圖譜法骨齡與日歷年齡的相關(guān)性最好，其次為TW3-RUS和中華05法，提示GP圖譜法可能更適用于拉薩地區(qū)藏族兒童骨齡評(píng)定，佐證了GP圖譜法為全球廣泛應(yīng)用的骨齡測(cè)定方法，高達(dá)75%的相關(guān)專業(yè)醫(yī)生選擇此方法[12- 16]。

本研究進(jìn)一步分析了藏族兒童的骨齡發(fā)育特點(diǎn)，結(jié)果顯示無論男童或女童，其骨齡均普遍落后于日歷年齡，提示藏族兒童可能存在生長(zhǎng)發(fā)育延緩，與既往研究結(jié)果類似[17- 18]。2003年，一項(xiàng)對(duì)拉薩地區(qū)7～21歲藏族青少年的抽樣調(diào)查顯示，各年齡組兒童的骨齡均小于日歷年齡[17]。2006年，針對(duì)那曲地區(qū)7～18歲藏族女性骨齡的研究中，亦得到類似的結(jié)果[18]。這可能與藏族兒童的生活環(huán)境、遺傳特性、營(yíng)養(yǎng)狀況等多種因素相關(guān)。隨海拔升高，兒童生長(zhǎng)發(fā)育遲緩的比率逐漸增加[19]。2008年，對(duì)出生0～36個(gè)月藏族幼兒的調(diào)查顯示，生長(zhǎng)在海拔3500 m地區(qū)的幼兒生長(zhǎng)發(fā)育遲緩比率為25.6%，海拔4500 m的幼兒這一比率高達(dá)56.4%[20]。

本研究發(fā)現(xiàn)，藏族兒童的骨齡在青春發(fā)育期(11～15歲，13歲男童除外)超過日歷年齡，呈追趕趨勢(shì)，這在既往研究中未見報(bào)道。可能由于近年來藏族地區(qū)居民的生活水平和營(yíng)養(yǎng)狀況得到了極大改善和提高，兒童的骨骼發(fā)育亦隨之改變。

隨著科技的迅猛發(fā)展，基于深度學(xué)習(xí)的AI系統(tǒng)可快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確地分析骨齡，為解決高海拔地區(qū)醫(yī)療資源匱乏、專業(yè)醫(yī)生不足的現(xiàn)狀提供了可能性。歐洲國(guó)家、美國(guó)和韓國(guó)分別研發(fā)了以西方人群或韓國(guó)人群為基礎(chǔ)的深度學(xué)習(xí)AI系統(tǒng)，經(jīng)200～280例測(cè)試集驗(yàn)證，其準(zhǔn)確度為69.5%～90%[21- 24]。目前，亦有基于中國(guó)兒童骨齡數(shù)據(jù)研發(fā)的AI系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于TW3法測(cè)定骨齡的準(zhǔn)確度優(yōu)于人工閱片[25]。北京協(xié)和醫(yī)院以745例生長(zhǎng)發(fā)育異常兒童的骨齡片為測(cè)試集，結(jié)果顯示該AI系統(tǒng)GP圖譜法測(cè)定骨齡的準(zhǔn)確度達(dá)84.6%(專家閱片為金標(biāo)準(zhǔn))[8]。本研究GP圖譜法骨齡為專家閱片，TW3及中華05法骨齡為AI系統(tǒng)自動(dòng)分析，其結(jié)果顯示3種方法均與藏族兒童的日歷年齡呈高度相關(guān)。由于目前西藏自治區(qū)尚未常規(guī)開展骨齡檢查，基于深度學(xué)習(xí)的AI系統(tǒng)有望幫助其實(shí)現(xiàn)骨齡評(píng)估的臨床化及常規(guī)化。

本研究存在一定局限性：(1)研究對(duì)象均為因外傷就診的兒童，并未進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育評(píng)估，若作為正常生長(zhǎng)發(fā)育兒童的代表，則代表性不確定。(2)西藏自治區(qū)不同地區(qū)海拔差異較大，本文研究對(duì)象均來自拉薩，無法代表全藏族兒童。(3)由于骨齡測(cè)定缺乏金標(biāo)準(zhǔn)，本研究采用的專家閱片、AI骨齡判讀，可能均存在誤差。

綜上，與TW3、中華05法相比，GP圖譜法更適用于拉薩地區(qū)藏族兒童的骨齡評(píng)估。藏族兒童的骨齡發(fā)育呈青春發(fā)育期追趕的趨勢(shì)，但整體落后于日歷年齡。

作者貢獻(xiàn)：王鳳丹、潘慧、銀武、金征宇提出研究設(shè)計(jì)思路；次旦旺久、拉巴頓珠、王鳳丹、顧瀟、陳適、劉永亮、石磊進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析；次旦旺久、王鳳丹完成文章初稿；所有作者均參與論文修改。

利益沖突：無