TW2法 未成年人骨齡測試和成年身高預測算法

本文介紹的測試方法完全參照葉義信教授於1994年出版的《兒童青少年骨齡的評分法圖譜及應用》,骨齡的評測方法TW2由英國的Tanner教授通過多年對少兒生長數據的積累、觀察和研究創制。葉教授曾親自赴英向Tanner教授本人學習TW2骨齡評測方法,並根據中國少年兒童生長數據的積累和分析,總結出適合中國兒童青少年的骨齡評分方法和與之配套的成年身高預測方法。

骨齡測試在國際上通用的有TW2、TW3和G-P圖法,國內有CHN法。由於TW3法在參考數據和算法是否適合中國的種族還未經過詳細驗證,G-P圖法則是通過大量參考X光圖片的對照,主要依賴識圖醫生的專業能力,而本人還沒有仔細研究過CHN法。故本文只介紹骨齡識別的TW2法和與之配套的TWII法預測骨齡,而TWII法預測的骨齡只能參考R骨系統的評分結果,因此本文的骨齡算法也只通過手骨的R骨系統進行計算。

本文只介紹方法,不對方法進行論證和說明,對此有研究的小夥伴,請參考葉義信教授於1994年出版的《兒童青少年骨齡的評分法圖譜及應用》。

感謝成都市第二人民醫院張小強博士的耐心指導和幫助,讓我有機會接觸並掌握這套算法,並將其設計成產品,融入到醫總管平臺的生態圈,造福廣大青少年和基層醫生。

一、骨齡測試

1.1 測試前的準備和注意事項

  • 骨齡測試適用年齡:1週歲及以上。
    由於TW2的基礎參考數據最低年齡爲1歲,並且測試方法需要拍X射線照片,嬰幼兒的內臟對X射線極敏感,低於一歲的兒童拍X射線照片風險較高,也不建議低於一歲的兒童做骨齡測試,請廣大家長合理看待骨齡測試,即使滿1週歲的兒童也不應頻繁做骨齡測試,一些低於一歲有特殊情況的小兒(有生長或骨方面疾病的嬰幼兒)因爲臨牀治療的需要有必要拍照的,請嚴格遵守醫生的建議,切勿因爲頻繁測試骨齡而對小兒的內臟器官造成不必要或不可逆轉的傷害而得不償失。使用此法測試骨齡的醫生也應該嚴格遵守醫學倫理、必要性和相關醫療機構的監管要求,在最大化安全的前提條件下,合理實施骨齡測試,絕對不可以爲了牟取利益而大肆宣傳和濫用骨齡測試,貽害百姓,製造悲劇!

  • X射線拍照週期:通常爲1年一次。
    實際可根據小兒生長情況調整,年齡越大,拍照的週期可適當縮短,但一切以安全和有必要爲前提,比如有的青少年根據本文的測試方法測出骨齡有異常時,醫生可根據臨牀治療需要,在劑量安全的條件下適當提高拍照的頻次,當骨齡生長恢復正常時應降低拍照頻次。

  • 拍照要求:通常爲左手,本篇僅介紹手骨的R系統骨齡算法。
    由於大部分人習慣使用右手,右手受傷的機率比左手略高,如果傷到骨頭後,人體自身的恢復機制會加強受損部位的骨生長,最終影響醫生對手骨X照片的識別,因此骨齡識別的研究和參考數據都來自左手手骨的樣片。但如果遇到小兒左手手骨有損傷而右手正常的情況,也可以使用右手的X照片進行識別。

1.2 R骨系統識別和評分

1.2.1 R骨系統介紹

R骨系統是指的小臂和手掌中的如下骨頭:

******UI出圖*****



其中包含:橈骨、尺骨、掌骨 1、掌骨3、掌骨5、近指骨1、近指骨3、近指骨5、中指骨3、中指骨5、遠指骨1、遠指骨3、遠指骨5

1.2.2 R骨系統的生長期識別

根據各塊骨頭的圖像判斷該骨頭所屬的發育期。每塊骨頭都有自己生長髮育的節奏,因此根據照片中骨頭的特徵判定每個骨頭的發育期,發育期有9個,分別A、B、C、D、E、F、G、H、I。

骨發育各期的特徵這裏不做介紹,由於涉及到放射科醫生的專業識圖知識,避免非專業人士渾水摸魚,你們懂的,有需要了解的小夥伴請留言聯繫。

爲了方便示例算法,在這裏我分別找3個案例,將整套算法流程走一遍:
案例1 小明,性別:男,年齡:7.2歲,身高:112.6CM,父母身高,父母民族,常住地址,期望身高175CM
案例2 小紅,性別:女,年齡:4.1歲,身高:78CM
案例3 小花,性別:女,年齡:13.4歲,身高:143CM,初潮年齡:11.3歲,

1.2.3 由骨發育期期得出骨生長的評分

各塊骨頭的發育期評分按生理性別進行區分:


根據上面的兩個表,對照每個骨的發育期得分,計算出R骨系統13個骨頭得分總和,假設我們根據觀察對小明、小紅、小花的各個骨生長期評級如下:

1.2.4 計算骨齡

如圖1所示,我們分別得到三個小盆友的R骨系統總分,小明:150、小紅:208、小花:531

男性R骨齡計分標準的百分位數女性R骨齡計分標準的百分位數中,分別找到與小明、小紅、小花的總分數值在50百分位數最接近的數值:

小明的骨齡150在表格中有直接對應的R骨評分數值找到了對應的骨齡,這個骨齡數值6.0就是小明當前的骨齡。

1.2.5 找不到對照數值時的精確計算

由於小紅和小花的骨齡評分在表中沒有找到實際對應的數值,因此分別找到距離她們評分最近的兩個數值209和530,並且對應的骨齡值分別爲4.9和10.8,爲了更精確的計算出她倆的骨齡,這裏使用直線插入法公式重新計算一下骨齡,公式如下:


以上兩個公式任選其一即可,公式中的參數分別爲:
D骨齡爲計算得出的骨齡
D爲R骨評分數值
A、A分別爲R骨評分數值在表中第50百分位列中上、下相鄰兩數
B、B分別爲R骨評分數值在表中骨齡列中上、下相鄰兩數

通過公式計算並四捨五入取小數點後一位,得出骨齡小紅:4.9,小花:10.8,和原數值差距不大

骨齡歲數已是以0.1歲遞增的,故在同列的上、下相鄰兩數之間,只須估計待査值靠近哪一數即可,可不必進行直接插人法的計算,而誤差也能達到0.05歲以下。

1.2.6 査骨發育水平

男性R骨齡計分標準的百分位數女性R骨齡計分標準的百分位數中,把第1列數爲視作年齡。先査個人的年齡在表中第1列的位置,再在該位置所在行的各百分位數中,査與個人的骨齡分相同或最接近的百分位數,該百分位即是個人所處的骨發育水平,該百分位越高,提示骨發育水平亦越髙。第25〜75百分位,中等水平;第3〜25百分位,偏低水平;第3百分位以下,骨齡落後;第75〜97百分位,偏高水平;髙於第97百分位,骨齡提前。

因此可以判斷得出:

  • 小明實際年齡7.2歲,骨齡6.0歲,R骨評分150,低於7.2歲的25百分位數分值152,骨齡偏低
  • 小紅實際年齡4.1歲,骨齡4.8歲,R骨評分208,處於4.1歲的25〜75百分位數分值169-215範圍內,骨齡生長正常
  • 小花實際年齡13.4歲,骨齡10.8歲,R骨評分531,低於13.4歲的3百分位數分值549,骨齡落後

1.2.7 骨齡圖形化處理

爲了方便識別骨齡是否符合正常範圍,以及體現骨齡隨着年齡和醫生的干預措施的變化,將骨齡數值進行圖形化演算。

前面的骨評分對照表男性R骨齡計分標準的百分位數女性R骨齡計分標準的百分位數中,將其各百分位數中的骨齡分通過上面的公式計算後保留小數點後2位,得到的值放入Y軸,表中的骨齡/年齡數值放入X軸,分男女分別得到如下圖形:

****UI出圖*****

圖中的7條線分別爲第3、10、25、50、75,90、97百分位數R骨齡轉換分隨着年齡的變化趨勢。

已知個人的骨齡計分,按性別和骨齡系統査圖,即可查出骨齡歲數、骨發育水平。
1.査骨齡歲數:這時圖的橫軸代表骨齡歲數。先將個人的骨齡分轉換爲百分率,在縱軸上確定其位點;再從該位點作與橫軸平行的線,此線與第50百分位曲線相交,從該交點作與縱軸平行的線,該線與橫軸的交點的讀數即爲骨齡歲數。
2.査骨發育水平:這時圖的橫軸代表年齡歲數。先在橫軸上確定個人年齡歲數的位點,從該位點作與縱軸平行的線,此線與各百分位曲線相交;再在縱軸上確定個人骨齡分(注意須轉換爲百分率)的位點,從該位點作與橫軸平行的線,此線與前線相交,交點可在某一百分位線上,或相鄰兩百分位線之間,或超過最髙或最低百分位線,總之其所處位置即爲百分位。

當小明、小紅、小花的每次骨齡測試的數據放到上圖後,即可觀察到這三位小盆友真實的骨生長趨勢,爲醫生綜合判斷小盆友的生長情況提供重要參考依據。

二、身高預測

2.1 身高數值轉換

身高預測的最原始研究是在英國進行的,基礎參考數據是基於採集的當地白人積累的原始數據製成的,由於人種之間的差異,不適合直接使用白人的參考數據。葉教授根據自己多年的數據積累和研究創立了TWII法,先將中國人的身高、骨齡等數值轉換爲英國白人的相應值,再按英國白人的成年身髙預測公式即原方法進行計算,得到成年身高預測值,最後將該預測值轉換爲中國人的相應值即可。

從表3和表4中可以發現:

  • 可用於男孩身高轉換的年齡範圍爲6-17歲,女孩爲5-15歲,因此TWII法只能對在這個年齡範圍內的小孩進行身高預測,於是小紅4.1歲,無法做身高預測。
  • 表中的年齡間隔爲1歲,和骨齡分0.1歲的間隔有所區別,因此進行數據推算時,對測算年齡四捨五入取整,如把6.6歲看作7歲,6.1歲看作6歲。
  • 査身高的實際-轉換值表時,應注意按性別和年齡;若所査數在表中相鄰兩百分位數之間,則可用直線插人法;在表中第3百分位數以下或第97百分位數以上,則用比例法。
  • 同一個小孩相鄰2次成年身高預測的測試間隔時間控制在0.88-1.12年或1年前後6周較爲合適。

2.1.1 直線插入法

通過套用前面用過的公式,使用小明的身高數據,計算身高的轉換值。
小明,性別:男,年齡:7.2歲,身高:112.6CM
小花,性別:女,年齡:13.4歲,身高:143CM,初潮年齡:2.1歲

套用下面的公式:


A上、A下、B上、B下和小明實際身高112.6分別爲公式中的轉換值、轉換值、實際值、實際值和實際值,計算出小明的身高轉換值約爲115.9cm。
同理參考表4和上面的公式得出小花的身高轉換值約爲143cm。

2.1.2 比例法

假設一成年男性的身高轉換值爲156.6cm,查表3“成年”行,在162.2cm以下,用比例法,156.6:實際值= 162.2:159.7,其實際值=154.2cm。

2.2 預測成年身高範圍

預測成年身高根據小孩的成長資料的準備情況,有不同的計算方法:

當男孩有0.88-1.12年前的身高記錄時做成年身高預測,可以使用4因素法。
當女孩有0.88-1.12年前的身高記錄時做成年身高預測,可以使用4因素法。
當女孩有0.88-1.12年前的身高和骨齡數據時做成年身高預測,可以用5因素法。
除去以上的3種情況,男孩女孩都應該用3因素法做成年身高預測。總之,應根據情況選用適合的預測法,以取得較滿意的預測效果。

2.2.1 3因素法

男孩、初潮尚無或不明的女孩,應用公式:

y`=aH’+bG+cR+K

初潮己有的女孩,應用公式:

y`=aH’+bG+cR+dM+K

以上二式中,y`是成年身高預測值的轉換值,H’是當前身高的轉換值,G是當前年齡(歲),R是當前R骨齡(歲),M是月經初潮年齡(歲),a、b、c、d、K是相應係數或常數,見表5、6。預測成年身髙的95%可能範圍爲預測值±2標準差。注意按性別、年齡查表,對於女孩還應分別初潮出現與否。由於表6中“初潮已有”只包括當前年齡12歲以上,因此,若當前年齡在12歲以下而又已出現初潮,則可用R骨齡歲數代替年齡歲數在表6中定行。例如,女孩11歲,初潮年齡9歲,若R骨齡13歲,則按“初潮已有、13歲”行的係數運算。

按照規則,把小明的數據代入公式得出身高轉換值y`:

小明,性別:男,年齡:7.2歲,骨齡:6.0歲,身高:112.6CM,轉換身高:115.9cm

y`= 1.24×115.9-6.6×7.2-0.32×6.0+73≈167.28(cm)

95%可能範圍的轉換值y`±2×標準差=167.28±2×4.6=158.08~176.48(cm)

對照前面表3,將y`通過直線插入法轉換成成年身高預測值的實際值約爲164.2cm,同樣,95%可能範圍的實際值也需要轉換,由於下限158.08已經低於成年最小轉換值162.2,因此使用比例法:

X:158.08=159.7:162.2

最終得出95%可能範圍的實際身高下限X約爲155.6cm。

而上限代入直線插入法公式:

計算結果約爲172.3cm。

因此小明的成年身高大概爲167.3cm,95%可能範圍在155.6-172.3cm。

按照規則,把小花的數據代入公式得出身高轉換值y`:

小花,性別:女,年齡:13.4歲,骨齡:10.7歲,身高:143CM,轉換身高:143.8cm,初潮年齡:11.3歲

y`=1.01×143.8-0.2×13.4-1.5×10.7+1.3×11.3+28≈170.12(cm)

95%可能範圍的轉換值y`±2×標準差=170.12±2×1.7=166.72~173.52(cm)

對照表4,將y`通過直線插入法轉換成成年身高預測值的實際值約爲165.4cm,同樣,95%可能範圍的實際值也需要轉換,下限約爲162.3,上限可直接對照表約爲168.4。

因此小花的成年身高大概爲165.4cm,95%可能範圍在162.3-168.4cm。嗯~很不錯的身高區間,長大以後一定是個美女。

2.2.2 4因素和5因素法

4因素的預測公式爲:

y =aH+bG+cR+d△H+K

5因素的預測公式爲:

y =aH+bG+cR+d△H+e△R+K

以上二式中,y爲成年身高預測值,H、G、R依次爲當前的身高、年齡(歲)、R骨齡(歲),△H、△R分別爲上1年(0.88-1.12年,或1年前後6周內)的身高增加數、R骨齡增加數;a、b、c、d、e爲有關因素的係數,K爲常數,可從表7—9査得。

4因素和5因素法的H變量使用的是真實身高而非轉換值,因此無需做轉換,直接計算即可。

2.3 期望身高和身高預測

父母可以對小孩的成年身高設立一個期望值,並主動積極的和醫生一起努力,發揮小孩的最大身高潛能,幫助小孩成年後能達到期望身高。但是期望身高也應該在一個合理範圍內,通常來說期望身高最多不低於或超過成年預測身高下限或上限的5釐米,怎麼知道期望身高是否合理呢?

比如某小孩預期身高1.7米,計算出95%可信區間爲1.6-1.8米。那麼這個小孩成年後身高低於1.6或高於1.8的概率加起來最多5%。若父母期望小孩的成年身高大於1.8+0.05cm,可能性更低。

衆所周知,小兒在生長髮育過程中,所受內、外環境的有利影響可使其將來成年時身高增加,相反,不利影響可使其將來成年時身高減低。所以,“成年身高”在成年時是穩定的,但在小兒時期是可變的,預測方法的重要性正是在於能反映這種變化,即表現爲預測值改變。如果前、後兩次預測值的差別超過了上述預測值波動範圍,則可考慮爲預測值改變,在波動範圍以上爲預測值變高,反之爲變低。例如,男孩,15歲,本次預測值比1年前預測值如果少3cm,則應引起重視;如果少6cm,則考慮爲異常減少,因爲在此種情況預測值波動範圍平均爲±2cm,不超過±5cm 。對於預測值改變,都應分析原因,以便及時促進有利因素或排除不利因素對小兒生長的影響。

因此通過骨齡預測身高,也是對小孩在骨生長髮育情況的監控,有利於及早發現問題,及早治療。

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