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2021年8月12日 星期四

骨齡的故事 - 從骨齡圖譜的前世與今生談骨齡判讀

作者:黃世綱醫師
 
從骨齡圖譜的前世與今生談骨齡判讀
 
當孩子照完骨齡,回到診間,醫生會拿出一本頗有重量的「骨齡圖譜」,一邊看著孩子的骨齡X光,一邊對照圖譜細細思量。

判讀骨齡時,診間鴉雀無聲,醫生相當專注,時而看看螢幕上的X光片,時而對照骨齡圖譜;家長屏氣凝神,既期待又怕受傷害,不過才幾秒鐘,卻讓人感覺有幾世紀那麼長。

家長期待的是:骨齡和年齡剛剛好,孩子還有成長空間。害怕的是:骨齡與年齡不符,骨齡超前,成長空間受到壓縮;又或是骨齡落後,孩子長得比較慢,該怎麼辦?

由於骨齡是評估孩子成長發育與內分泌疾病的重要依據,面對這麼重要的檢查結果,家長難免會有些緊張。

然而,接下來的狀況往往是這樣的:醫生判讀的骨齡,與孩子的實際年齡不符。

醫師判讀的骨齡和孩子的年齡常常不會完全相同

無論是骨齡多了幾個月或少了幾個月,多了一年或少了一年,都可能讓家長驚慌失措,對於這不那麼「剛剛好」的骨齡耿耿於懷。

其實啊,骨齡和實際年齡之所以不會完全一樣,有一部份的原因,就出在骨齡判讀的方法與依據的標準

可惜的是,在忙碌的診間,醫生很難完整交代為什麼判讀出的骨齡總是那麼的「不剛好」。

今天,我們就來聊聊骨齡圖譜的前世與今生,一解骨齡判讀結果總是那麼不剛好的原因。

歷經二次世界大戰洗禮的骨齡圖譜-GP法


當今最廣為使用的骨齡判讀方法,稱作「GP法」(Greulich and Pyle method),由美國史丹佛醫學院(Stanford University School of Medicine)的 Greulich教授和解剖學專家Pyle 所制定。

Greulich 教授是GP骨齡圖譜的作者之一

兩位學者於西元 1959 年出版的骨齡圖譜 《Radiographic Atlas of Skeletal Development of the Hand and Wrist》中,羅列了健康孩童的左手X光片,依照年齡排序,供臨床醫師當作比較的基準。

此外,圖譜中,兩位學者也詳盡的描述了每一塊手部骨骼型態隨時間的變化。

在使用GP法判讀時,醫師會將孩子拍攝好的骨齡X光片,對照GP圖譜上的標準X光照片,找到整體最相似的一張,進而得出孩子的骨齡。

使用GP法時,醫師需要對照骨齡圖譜內的標準X光片

然而,這本骨齡圖譜之所以能順利誕生,還得歸功於Greulich教授的前輩─解剖學家Todd教授。

Todd 教授是創發骨齡圖譜的第一人

在更早之前的1929年,美國俄亥俄州(Ohio)克利夫蘭(Cleveland)的Todd教授,對於人類孩童的成長特別有興趣,藉由布拉什基金會(Brush Foundation)的資助, 領導了一項專門研究兒童成長的大型研究計劃,名為「The Brush Foundation study of child growth and development」,邀請了許多健康的孩童參與。

這些孩子年紀最小的只有3個月大,最大的則到14歲。每隔3個月或1年,這些孩子就會被照一張手部X光。

然而,這項原本預計耗費11年的計畫,進行的並不那麼順利。先是1938年Todd教授辭世,緊接著,1939年第二次世界大戰爆發,研究計畫一度受到中斷,好在Todd教授的同事接續了他的工作,加上Greulich教授接手執掌整個計畫,才能讓研究得以延續。

骨齡圖譜的編纂因為第二次世界大戰爆發一度中斷

Greulich教授邀請了另一位在西部保留地大學醫學院(Western Reserve University School of Medicine)任教的解剖學專家Pyle,一起整合了Todd教授所蒐集的800張骨齡X光片,在既有的基礎上持續推展研究進度,同時,邀請更多的家庭參與,蒐集了更多健康孩童的骨齡X光。

最後,這份橫跨20年,以1000張骨齡X光為基礎的骨齡圖譜,才終於在1950年出版,並且於1959年再版。

直至今日,這份骨齡圖譜仍是大多數放射科與兒科醫師用來判讀骨齡的重要依據。

骨齡圖譜的實體照片,GP圖譜

即使經過了半世紀這麼久,許多當代與兒童成長有關的醫學研究中,專家們仍然使用Greulich 教授與解剖學家Pyle共同創立的方法來判讀孩子的骨齡。

GP圖譜,也因此成為兒童成長領域中,專家的「共同語言」之一。


GP圖譜的侷限,骨齡與年齡不會剛剛好的原因


儘管Greulich教授和Pyle的骨齡圖譜相當完整,但是,卻不完美。

今日回看這本著作,會發現圖譜中的資料來源,無論是種族、地區、社經地位等許多方面,都有著它的侷限性,不一定能代表當今全球兒童與青少年的狀況。

首先,圖譜中的骨齡照片,已經是半世紀以前的資料了。

雖然半世紀的時間,對於人類這個存在了20多萬年物種來說,只是滄海一粟,但是,這半世紀以來,因為科技進步、全球化,人類的生活方式、營養狀況、飲食習慣有了大幅的改變,完全無法跟西元1950年代相提並論。

那麼,1950是怎樣的年代呢?

那是一個全世界人均壽命不到50歲的年代。麥當勞剛成立不到10年,世界上第一間肯德基還沒有出現,亞洲人的飲食習慣還沒有大幅西化。

今日,亞洲孩童的飲食習慣已經大幅西化

此外,Greulich教授彙整的那1000張骨齡X光,全來自於白種人,而且,只限在美國出生,居住於美國東部俄亥俄州(Ohio)克利夫蘭市(Cleveland)的孩子。

這些孩子大部分擁有北歐血統,經過兒科醫師轉介,才加入了研究計畫。當時,醫療費用並不便宜,所以,這些參與研究的孩子大多來自社經地位比較好的家庭。

而且,GP圖譜中讓醫師用來對照每一張左手X光片,其骨齡的間距,也不是固定的。

舉例來說,在比較小的年紀,資料是以3個月為間距,醫師有著1歲、1歲3個月、1歲6個月等標準骨齡X光可供對照;但是,在比較大的年紀,則是以6個月到1年為間距,以男孩為例,骨齡圖譜中只呈現了5歲、6歲、7歲的骨齡X光。

骨齡圖譜中用以對照知範本間距,並非固定

Greulich教授之所以會這麼做,是因為他認為5歲以後一直到青春期之前的孩子,其骨齡的變化不至於太迅速,以年為間距來判讀即可。

可想而知,當一個實際年齡5歲7個月的男孩來到診間,若醫師使用G-P圖譜推估骨齡,能用來參考的照片就只有兩張了(5歲的骨齡與6歲的骨齡照片),依此而推估出的骨齡,不一定會剛剛好等於孩子的實際年齡。醫師判斷的骨齡比實際年齡多了半年或少了半年,是很常見的狀況。

所以,在我的觀念中,骨齡是醫師「依據客觀標準(GP 圖譜)所做出的主觀判斷」

這個客觀標準:半世紀前拍攝左手X光、被Greulich教授用來當作「標準」的孩子,其種族、地區、社經地位皆無法完全代表全球孩童的現況。


見微知著的 Tanner and Whitehouse method-TW法


除了 GP法(Greulich and Pyle method),另一個常被使用的骨齡判讀方法,則是英國的Tanner教授和人體測量學家Whitehouse於西元1962所創立的TW法(Tanner and Whitehouse  method)。

不同於GP法,醫師在使用TW法判讀骨齡時,不是直接對照書上的左手X光基準,而是將完整的左手X光拆分成數個區域,針對許多塊指骨與腕骨一一分析。每一塊需要被評測的骨頭都必須反覆對照局部的骨骼照片,分別評估其成熟度並給予評分,最後,再將這些分數加總,推算出孩子的骨齡。

骨齡判讀法,GP法與TW法之比較

在TW法中,被當作基準的骨齡照片來自於歐洲英國的孩童,Tanner和Whitehouse 從1930年代開始蒐集資料,累積了2600筆以上的數據,在1962年發表了第一版的判讀方式,學術界稱之為Tanner and Whitehouse (TW) method。

在其後的數十年,兩位學者蒐集了更多的數據,調整計算方式,於 1983年發表了第二個版本 (TW2)。而在2001年問世的第三版Tanner and Whitehouse method (TW3)中,學者們納入的數據,則來自更廣泛的地區,從原本北歐的英國、比利時,擴及到南歐的西班牙與義大利,甚至更遠的北美、日本。

2001年問世的第三版Tanner and Whitehouse method (TW3)中,學者們納入的數據,則來自更廣泛的地區

相較於GP法,TW法在骨齡的評估上雖然更準確一些,但由於必須一一分析特定的骨骼,耗費的時間,是使用GP法的五倍以上,所以大多數的兒科醫師仍然習慣使用較為便捷的GP法,以便在忙碌的診間中,能立即判讀,解答爸爸媽媽的疑惑。


更快,更準!人工智慧幫忙判讀骨齡


拜科技發展之賜,有越來越多的電腦程式可以協助醫師判讀骨齡,例如,2008年便已經商業化的BoneXpert,由丹麥的學者開發,已經使用在許多國外的醫療機構。

近年來,人工智慧(AI, Artificial intelligence )技術進展迅速,國內外也有許多醫療機構,利用過往的骨齡影像、判讀結果,累積成「大數據」,交由醫師訓練AI去判讀骨齡。

AI判讀骨齡已經是現在進行式

當AI快速替醫師進行反覆而枯燥的工作,臨床醫師就有更充裕的時間和病患溝通、交流,這不僅是未來的趨勢,也是現在進行式。

如果爸爸媽媽們感到好奇,只要拿起手機,連上網路,進入「Predicting Skeletal Age - 16 Bit」網站,上傳骨齡的X光照片,幾秒鐘後,遠在地球另一端由專家所開發的AI,就能判讀出骨齡。

這AI的開發者,是加拿大多倫多的研究團隊,團隊成員內的放射科醫師兼具資訊工程背景,他們藉由一萬多張骨齡X光片所訓練出來的人工智慧,曾在北美的骨齡判讀大賽中,打敗來自世界各國的300多個團隊,得到第一。

如今,藉由網路,在世界各個角落,任何人都能體驗AI協助判讀骨齡的成果。


沒有前人篳路藍縷,哪有後人繼往開來


骨齡判讀的演進,就是站在巨人肩膀上不斷前進的過程

當人工智慧不斷從數以萬張的骨齡X光上學習並且修正判讀模式時,回過頭來,更讓人覺得 Greulich教授與Tanner教授創建骨齡判讀標準的過程,著實不易。

今日從一萬多張X光片學習的人工智慧,跟半世紀前從幾千張X光片創立骨齡標準的學者,如果只是從X光片的數量上來看,這「數萬張」與「數千張」當然無法相提並論。

然而,當我們聽到 「X光片」,腦海中浮現的影像是什麼呢?

是不是一張在電腦螢幕上的X光圖像?

但是,在半世紀以前,所謂的X光片,指的是一張實體可觸可碰有重量還必須借助燈箱才能閱讀的 「X光膠片」啊!


Greulich教授與Tanner教授要將骨齡X光膠片一一蒐藏、歸類、再從中找出規律性,實在是一件浩大的工程。

即使在二十一世紀的今天,專家不斷討論過往判斷骨齡方式在今日的適用性,相關的研究文獻也一一發表,也有不少學者指出,GP法和TW法建立的骨齡標準全來自於白種人,使用在亞洲人身上時,或許會低估孩子的生長狀態,判讀出來的骨齡會稍微慢一些,但是,想起半世紀前學者的堅持與強大的執行力,還是讓人由衷地感到欽佩。


有了骨齡,然後呢?


即使家長現在拿起手機,就可以透過AI協助判讀骨齡,但是,有了骨齡,然後呢?

在兒童成長的評估上,骨齡固然重要,但也只是評估兒童成長狀況的一塊拼圖。要準確的了解孩子的成長狀態,不能單靠骨齡就完成。

骨齡,只是評估兒童成長狀況的一塊拼圖

許多的醫療決策,例如:性早熟是否需要治療?身材矮小是否需要使用生長激素等,並不會單看骨齡就決定。

由於目前醫師使用的骨齡圖譜,其中當作參考基準的X光片,大多仍來自歐美地區的孩童,應用於亞洲孩子身上時,多少仍會有誤差,加上時代演進、孩童營養狀況改變,許許多多的因素使得骨齡的判讀在當今的醫療環境中更具挑戰性。

或許,引入人工智慧協助,會消弭更多骨齡判讀的不一致,目前也有更多的學者,嘗試以近代孩童的左手X光為基礎,建構更適用於現代孩童的骨齡圖譜。

引入人工智慧,將有助於消弭更多骨齡判讀的不一致

讀完了骨齡的故事,我們知道,醫療本身並不完美,隨著時代演進,過去不夠完美的方法,也將被後世的科學家和最新的儀器持續修正。

無論科技再怎麼進步,骨齡如何判讀?如何應用?如何用來解讀孩子現在的狀況?甚至預估未來的成長狀態,對於醫生而言,仍然是一門藝術。


不只見樹又見林,更要細聞其中的蟲鳴鳥叫


評估孩子的成長,就像是觀察一整座森林。

評估孩子的成長,就像是觀察一整座森林

GP法帶我們從高空俯瞰,直接掌握整座森林分布的位置,一眼就能看出林相隨地形與海拔的變化;TW法則是帶我們走入林中,觀察每一棵綠樹的高度,細數樹皮上隨時間經歷的風霜與斑駁。

每一位孩子都是獨一無二的,正如世界上沒有兩座一模一樣的森林,骨齡不會剛剛好,才是常態,當我們了解骨齡判讀方法都有其侷限,就更不該只在意骨齡的數據,誤以為骨齡超前或落後,就一定得「做些什麼」,「用上什麼藥物」來矯正。

家長願意花時間陪伴孩子,這座「成長森林」將會更加生機蓬勃,綠意盎然。

當家長和醫生都願意花時間走入林中,陪伴、參與孩子的成長,才能細聞其中的蟲鳴鳥叫,這座「成長森林」也將因我們持續涉足其中,生機蓬勃,更顯綠意。




剛剛好醫師畫重點

  • 骨齡和孩子的年齡不一致是很常見的狀況,骨齡不會剛剛好,才是常態。
  • 今日最常被兒科醫師使用的骨齡判讀方法是GP法,由醫師對照骨齡圖譜上的標準X光照片,找到與孩子左手X光最相似的一張,進而得出孩子的骨齡。
  • 另一個常用骨齡判讀方式則是 TW法,由醫師分析左手X光中不同骨骼的成熟度,分別給予評分,再計算出孩子的骨齡。
  • GP法與TW法中,用以當作參照基準的標準骨齡X光,大多來自歐美國家的孩童,加上近十年來人類生活方式、飲食習慣大幅改變,使用GP法與TW法來判讀今日亞洲孩子的骨齡,多少會有些誤差。
  • 引入人工智慧,將能增加判讀骨齡的效率與準確度,然而,如何應用,如何解讀孩子的現況,仍須仰賴醫師的專業。

請兒童內分泌科醫師判讀骨齡




參考資料


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