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骨发育成熟度(骨龄)评价技术与应用
来源:原创 | 作者:prod78c67 | 发布时间: 2012-05-28 | 9098 次浏览 | 分享到:

摘要:自1992年原国家体育运动委员会颁布《中国人骨发育标准CHN法》以来,骨发育成熟度(骨龄)评价技术已经在我国体育界得到了较广泛的普及。1999年体育总局和教育部再次联合发文,规定了少年儿童体育学校学生入学必须测试骨龄。2004年中国棋院在青少年比赛中引进骨龄测试。至此各个类别、各个运动项目的青少年比赛都开始通过骨龄鉴定审查参赛(者)年龄。事实上目前骨龄评价技术在各地仍然以保障公平竞赛为主,广大的教练员对骨龄相关知识的掌握和具体应用方法了解的还不是很多,有些地方对骨龄评价技术的掌握更是集中在少数骨龄裁判手中。鉴于此,本文简单而系统的介绍了骨龄相关知识,旨在进一步推动该技术的普及和推动在选材、训练中的应用,进一步提高儿童青少年运动员的成材率。

一、骨发育评价技术与标准。

骨发育成熟度评价是一种通过观察骨骼骨化过程中骨化中心的大小、形态、关节面的变化,以及长骨骨骺与骨干融合程度等指征,评价未成年人骨骼发育成熟程度的技术。由于其评价的结果是以相当于正常发育儿童的年龄表述,因此被人们称为骨骼年龄——骨龄。

骨龄最早源于解剖学对无名尸体的年龄推断,自X线摄影技术发明后被迅速和广泛的应用于青少年儿童的成熟度评价。因为这时人们可以通过X线影像观察骨骼生长发育的变化。通过前人的研究和总结,人们发现人体全身的骨骼都存在随年龄变化的典型特征,由于手部骨化中心相对最丰富,特征明显,拍摄方便,且典型特征覆盖了从出生到接近身体完全发育成熟的绝大部分年龄范围。因此,现在的骨发育成熟度评价基本上都以手部的X线影像为主。

1、图谱法

1935年,德国的Sieget根据244名女孩和200名男孩手部X线片的横断研究,发表了第一部手骨成熟度图谱。1936年美国的Flory依据5000名芝加哥儿童的X线片也发表了一部手骨发育图谱。1950年Greulich和Pyle利用Todd和Greulich的布拉什基金研究的全部资料(儿童X线片),依据Todd的设计,发表了被称为G-P图谱的《手腕骨发育X线图谱》。1959年第二版中又做了某些修改,成为目前被广泛使用的《G-P骨龄标准图谱》。

G-P图谱共有男31张、女29张标准手腕部X线片。使用时将受测人的手腕部X线片与标准片比较,取最接近的标准片的骨龄值;如果介于两个标准片之间,取两个标准片的骨龄平均值。

2、计分法

1959年,英国的Tanner 和Whitehouse根据哈彭登生长研究中心的以6个月为间隔的长达10年的纵断X线片,为手腕部各个骨化中心确定了发育分期。骨化中心没有出现时为第一期,骨化中心发育完成为最后一个分期;每个骨化中心的发育过程均被分成了8至9个分期。

1962年Tanner 和Whitehouse等报告了评价手腕骨成熟度新方法的第二部分——计分方法。这种方法将骨化中心的各个分期赋予一定的成熟度得分,各个骨化中心的成熟度得分之和为该受试者的成熟度得分,每个年龄组成熟度得分的50%位就是成熟度得分与骨龄的对照值。

用这种方法,Tanner 和Whitehouse根据英国的2600名普通家庭的儿童的横断材料制定了英国儿童骨发育评价标准,称为TW1法。1975年,作者对部分骨发育分期作了优化,去掉了一些意义较小或评价困难的分期,同时确立了C(腕骨)骨龄标准和RUS(桡、尺、掌指骨)骨龄标准及使用20块骨的T骨龄(使用C骨龄和R骨龄的全部参照骨);该系列骨龄标准被称为TW2法。

1978年,我国李果珍教授根据1938名0-18岁北京地区儿童手部X线片,首次制定了“中国人骨龄百分计数法”。该方法的骨发育分期描述更加简练,易于记忆;以每一块骨发育到某一分期所需时间占总时间的百分数为发育指数(得分),每个样本的发育指数之和的平均数为发育指数与骨龄的对照值。由于该方法使用简便,目前仍然在许多医疗单位广泛使用。

3、生长发育的民族性、地区性和长期变化

虽然世界各地的多项研究都证明了人的骨骼发育特征有非常高的一致性,人们在研究骨骼发育和制定骨发育标准时完全可以使用相同的分期特征描述。但是同时也证明了人的骨骼发育受种族、遗传、地理、气候、饮食和生活习惯等多种因素的影响。不同种族,不同地域的人群应该制定本民族本地域的骨发育评价标准。

通过大量的观察和调查研究,学者们发现世界各国不同人群的生长发育水平伴随社会经济发展同样发生着一系列的变化。这些变化不单纯反映在形态和体格的大小上,同时表现在生理功能、体型、心理、行为、性成熟等诸多方面。这些变化有明确的方向性,即当社会经济发展、人民生活水平和营养状况得到明显改善时,可表现为正向增长;而当社会动荡、经济萧条、生活水平下降时,可表现为停滞甚至下降。学者们把这种现象称为“生长长期变化”。

因此,我们不难得出结论:无论是那种骨发育评价技术都可以为我们所用,但是英美国家的骨发育标准,乃至我国历史时期较长的骨发育评价标准都不适用于当代我国的青少年儿童。用最先进的方法制定我国当代青少年儿童的骨发育评价标准成为必然。

4、中国人手腕骨发育标准CHN法

1992年,中华人民共和国体育运动委员会颁布了《中国人手腕骨发育标准CHN法》。该方法是由国家体委组织全国9家科研机构的数十名科研人员,从1987年起历时2年,在全国(黑龙江、河北、陕西、重庆、湖南、福建)采集22160例有效横断样本的基础上,依据TW2的骨发育分期(增加了桡骨和尺骨愈合过半及愈合完成各两个分期,目的在于使新标准能够满足青年甲组比赛的需要),由三名长期从事骨发育研究的专家共同完成读片。数据处理上依然沿用TW2的数学思想,并对TW2的数学模型进行了大胆的改进(引用河北省科学院应用数学研究所——制定骨龄标准的计算方法研究最新成果)。通过进一步的优化计算,在TW2-20的基础上得到了包括14块参照骨的CHN法。与TW2法相比,CHN法通过数学方法给出了各个参照骨的权重,改变了TW2法人为确定各参照骨权重的缺点;通过先进的数学方法的进一步优化,去掉了正常变异较大的尺骨和5块腕骨(与李果珍教授的经验和百分计数法较一致)。因此,再分别制定C(腕骨)骨龄标准和RUS(桡、尺、掌指骨)骨龄标准已经没有意义。该方法1988年通过专家审议,1989年完成了系统检验(有效检验样本8416例,分别来自哈尔滨、北京、济南、兰州、佛山、上海),1990年完成成果试用和鉴定,同年完成了骨发育分期标准的特征描述文字的简化,1991年完成了标准的推广试用(山西、河北、江西、湖南等多个省市的体育系统)。1992年6月中华人民共和国体育运动委员会正式颁布了《中国人手腕骨发育标准CHN法》。1995年发表专著《中国人骨成熟度评价标准及应用》,1996年该研究获得国家体委“科技进步一等奖”,1998年获得国家科技部颁发的国家“科技进步三等奖奖”

十几年来的应用实践表明,CHN法与TW2相比不仅更简便,而且由于去掉了变异较大的参照骨,提高了系统的稳定性和读片的重复率(见表一)。目前,最新出版的TW3也不再强调T骨龄和C骨龄,而是推荐使用R骨龄。

表一、CHN法与TW2法主要指标比较

指标

TW2

CHN

参照骨块数

20

14

总分期数

174

127

计分标准

3

1

总体读片重复性

80%左右

90%左右

系统稳定性(变动一个分期对骨龄值的影响)

二、骨龄检测可以有效的保障青少年儿童体育竞赛、选材的公正性

1987年全国业余体校田径分龄赛的骨龄检查结果表明,3个赛区的236名男运动员中有119人的骨龄大于实际年龄2岁以上。其中广汉和衡阳赛区,骨龄大于生活年龄3-4岁的有17人,大于4-5岁的有5人。1987年全国足球赛259名16岁的男运动员中,骨龄大于生活年龄2岁以上的135人。

这样的事例举不胜举。正是在这样的情况下国家体委为了从根本上遏制以大打小、弄虚作假的不良现象,达到提倡和推广科学选材、科学训练的目的,于1987年召集国内体育系统内外的9家科研机构,成立了“中国人骨发育研究”课题组。该研究不仅制定了适合我国青少年儿童使用的《中国人骨发育标准CHN法》,而且研究结果表明:我国发育正常的儿童其骨龄与年龄的差在一定范围之内,其中男性儿童4岁以下,骨龄与年龄差在±1岁左右;4.5岁至15岁,骨龄大于年龄的上限在1.5岁左右,骨龄落后于年龄的下限在1-2岁;16岁以上,骨龄与年龄的差在±2岁之内。女孩在3岁以下,骨龄与年龄差在±1岁以内;3岁至12.5岁骨龄与年龄的差在±1.5岁左右;13岁以上,骨龄与年龄的差在±2岁以内。

根据上述研究成果和数据,各个青少年儿童运动比赛项目陆续出台了各年龄组参赛运动员骨龄上限。1999年国家体育总局和教育部联合发出通知,要求所有进入儿童少年体校的学生必须测试骨龄。一系列措施的实施,有效的打击了弄虚作假、肆意虚报年龄的现象。

三、应用骨龄指标选材可以提高成材率

1、通过年龄打假能够比较准确地评价儿童、青少年的竞技能力

由于各个运动项目普遍应用骨龄进行参赛年龄的审查,使年龄造假的水分得到了相当程度的挤压。因此,比赛中的成绩相对更真实。这就使得选材人员能够较好的把握各个年龄段儿童、青少年比赛的优秀成绩,比较准确地评价儿童、青少年的竞技能力。

2、通过骨龄评价可以预测运动员未来身高、体型

除少数智力型体育比赛项目(如各种棋类)外,大多数体育比赛项目对运动员的身高、体型、力量等都有一定的要求。

预测身高:

通过数十年的研究和追踪观察,人们发现使用包含骨龄因素在内的预测身高模型是目前预测身高最准确的方法;对于经验丰富的相关研究人员,预测终身高的误差通常在身高的1%至2%之间。这里所说的经验丰富是指:1、骨发育评价的准确性高且一致性好,2、能够判断受测人的发育类型并根据发育类型和不同的发育阶段准确使用身高预测公式,3、严谨的工作态度和保持正确一致的测试条件。

目前常用的身高预测公式主要有B-P法和TW2法及RWT法。综合各种研究报告和我们的实践经验,我们认为三种方法相比较,RWT法预测6岁以前的婴幼儿身高较其它方法更准确,B-P法对6岁以上且发育提前1岁以上的较准确,TW2法对于发育迟缓和有更详细资料(骨龄年增长值,身高年增长值,初潮年龄)的预测较准确。

预测体型:

我们把骨龄大于年龄一年以上定为早熟,相差在一年以内为发育正常,落后一年以上为晚熟。有研究报告认为,早熟的男、女孩倾向于有相对较宽的髋关节和相对较窄的肩;而晚熟的儿童腿长与身高的比值较大。另外值得注意的是:早熟者成年后的平均身高低于发育正常和晚熟者,而体重和单位体重(体重/身高)仍然大于其他两组。

另外,青春期延迟的女孩体型较其它发育类型的女孩更趋于男性化(骨盆小,下肢长,皮下脂肪薄),但是过于延迟的,由于肌肉系统发育迟缓,力量与体力较弱,其程度虽延迟程度的加重而明显,最终必然影响成才。

预测和确定发育类型:

如果以男性骨龄13岁,女性骨龄11岁,并同时出现拇指内侧籽骨骨化中心为青春期启动标志;以进入青春期的年龄区分早、中、晚,以青春期持续的时间区分短(2年)、中(3年)、长(4年)。曾凡辉分析了上海地区少体校男少年运动员输送人才的发育类型分布和1981年全国优秀少年(16-17岁)田径达标赛的男(147名)女(154名)共301名运动员的发育程度,并对最后成才的情况进行了追踪观察。观察结果表明中等发育程度,青春期延长型的成才率最高。但不同的运动项目也表现出不同特点:

田径:对以速度、耐力与技术(撑杆跳高、高栏、跳高等)为主的项目,均应以“大器晚成”者为主,具有特殊才能的“大器早成”为辅。以力量为主的项目,在条件相同的情况下,应选择“大器早成”者为主,“大器晚成”者为辅。

游泳:男、女均应以选“大器晚成”者为主。“大器早成”者为辅。

体操:男、女均应以选“大器早成”者为主(男子更为突出),“大器晚成”者为辅。

举重:男、女均应以选“大器早成”者为主,重量级可考虑“大器晚成”者为辅。

篮球、排球、足球、羽毛球、乒乓球:男、女均应以选“大器晚成”者为主。“大器早成”者为辅。

如何能够在青春期结束之前就对运动员的发育类型做出初步的预测呢?综合各种研究和我们的观察,我们认为:那些在婴幼儿期间发育良好(各项指标良好且骨龄在正常范围或稍提前)的,在进入青春前期乃至整个青春期其发育速度(骨龄增加速度)将表现的较平稳;而婴幼儿期发育延迟的往往从青春前期开始有明显的加速(追赶)现象,骨发育程度有可能从落后迅速发育到提前。因此骨龄落后不一定都是好现象,尤其是婴幼儿期的骨龄延迟应该特别注意。目前,只有对少年儿童运动员从孩子青春期开始之前连续的骨龄监测才能够确定青少年运动员的发育类型。

四、应用骨龄指导科学训练。

青少年由于骨骼肌肉系统发育尚未成熟,韧带结构较有延展性,并且生长板尚未闭合,因此容易发生肌肉及骨骼系統的伤害。

我们在“中国人骨发育研究课题”中发现,我国发育正常的少年儿童其手部长骨次级骨化中心的关节面形成的骨龄男孩约7-14岁,女孩约6-12岁。有研究显示四肢长骨关节的发育速度基本上一致。因此,这个年龄阶段的运动员不适合做高强度的训练。由于此年龄阶段骨关节正在从软骨逐渐骨化,所以较多的柔韧性训练可以保障各骨关节在以后能够维持在适合各项运动的较灵活状态。因此,训练的重点应该放在柔韧性和适应性及基本技术、技能方面。在此期间,运动训练的强度如果过量容易造成软骨骺骨折(X线影像通常难以发现),而特殊的肢体动作容易造成关节脱臼,这两种情况都有可能造成骨关节的损伤。另外需要特别注意的是,持续的大运动量训练还容易造成儿童青少年的生长发育受阻。

而在男孩骨龄14岁女孩骨龄12岁之后,随着骨骺与骨干的逐渐融合,各骨关节承受力量的能力逐渐加强,可随着肌肉、韧带的生长逐渐增加力量训练。随着骨关节面骨化,韧带的延展性逐渐降低,因此男孩骨龄14岁女孩骨龄12岁之后应该防止因特别肢体动作导致韧带拉伤,以及过大的力量造成骨折。

因此,我们建议教练员要根据青少年运动员的骨龄及身体素质情况区别对待,不能盲目的将不同发育程度的运动员按照同样的强度和总量混合训练,更要注意不同发育水平运动员进行对抗训练时的安全教育和保护。在对青少年儿童运动员进行训练时多注意观察、测试和询问,以及时了解运动员的承受能力,尽可能避免因过量或强度过大造成的伤害,同时也避免过于保守造成时间和精力的浪费。

五、骨龄应用中存在的问题

1、骨龄作假和年龄作假导致骨龄指标无法应用

目前由于青少年比赛普遍采用了按照骨龄分组的措施,因此出现了许多先测试骨龄再按照骨龄修改年龄的现象;还有些教练员在进行骨龄测试时想方设法以骨龄小的替代骨龄大的去拍骨龄片,甚至有些与测试人员串通一气更换受测运动员的骨龄片。种种舞弊的结果导致了运动员年龄与骨龄的不匹配,使选材人员无法了解运动员的确切骨龄和确切年龄,从而无法了解运动员的发育特点和发育类型,甚至连运动员的身高都无法预测。使原本科学的骨龄检测和重要的选材指标变得可有可无。

2、以诈传诈,拍摄骨龄片时小动作不断结果适得其反

现在在青少年运动员及他们的教练员中流传着许多可以将骨龄片拍小的方法,甚至还有记者推波助澜认为某些小动作可以使骨龄片看起来更小。事实上这些所谓的秘诀都是自欺欺人。

例一、目前流行最广的是说拍照时如果掌指骨略微弯曲(手掌稍弓起),拍出的骨龄片会使骨龄减小几个月。

事实上当掌指骨背侧向上弓起必然使骨骼关节面与X线形成一定角度,因此掌背侧面区分更加明显,对于骨龄7至14岁的男运动员和6至12岁的女运动员有可能造成骨龄鉴定值大于实际值;对于骨龄大于14岁的男运动员和骨龄大于12岁的女运动员,由于此时骨骺与骨干处于覆盖至融合的过程中,弯曲的掌指骨会造成骨骺与骨干的重叠,容易使骨龄鉴定人员把刚刚开始覆盖的骨骺看成开始融合,同样使骨龄鉴定值大于实际骨龄。而骨龄小于7岁的男运动员和骨龄小于6岁的女运动员,由于此时骨龄评价的重点是骨骺与骨干干骺端宽度的比较,而手的弓起是同步的,因此不会影响骨龄的评价。所以,弯曲手指无法使骨龄变小,只能使骨龄增大。

例二、拍片时故意晃动造成图像模糊。

首先我们分析拍照过程:目前体育系统内常用的骨龄拍摄设备是10mA的移动式X线机。该设备因输出电流较小,在拍摄骨龄片时通常需要0.4秒(配中速增感屏)至0.2秒(配高速增感屏)。而医院使用的拍摄设备曝光时间只有0.0x秒(曝光电流通常在100至200mA以上)。在这么短的时间内大多数的人为晃动都无法造成图像的模糊,甚至被拍照的人还没有反应过来,拍摄就已经完成。另外,一旦出现运动造成的模糊,其图像也是整体的无法判读的模糊图像,鉴定人员会拒绝评判,组织鉴定单位将要求重拍。

3、关于骨龄标准适用性

《中国人手腕骨发育标准CHN法》可以作为评价不同民族和地区骨发育特点的统一尺度。

虽然制定《中国人手腕骨发育标准CHN法》的样本来源没有覆盖全国各民族各地区,客观上我国确实存在着较大地区差异和民族习惯的多样性,标准确实不一定完全适用于每一个具体的民族和地区的生长发育评价。但是考虑到其覆盖面和样本数量,以及衡量不同民族不同地区乃至个体的差异都需要一个统一的尺度,因此《中国人手腕骨发育标准CHN法》完全必要也完全可以担当此任。具体地区和民族的骨发育特点可以通过随机抽样和统计分析并与《中国人手腕骨发育标准CHN法》进行比较来修订出当地适用的评价标准。

《中国人手腕骨发育标准CHN法》需要不断的修订

由于生长发育存在客观的长期变化,所以为比较准确地反映这种变化有专家建议每隔10年应该对骨发育标准进行修订。目前距离上次采样已经17、8年甚至更久(河北使用的是1985年样本)。因此现在急需新的大范围抽样调查修订《中国人骨发育标准CHN法》。

《中国人手腕骨发育标准CHN法》有待完善

采样间距偏大

通过对制定《中国人手腕骨发育标准CHN法》的样本分析,我们发现相当一部分年龄组样本骨龄与年龄的差异在1岁以内(80%左右),因而造成采样间距为一岁的年龄组骨发育成熟度重叠过低(约10% )。不能够很好的反映骨发育的真实情况,因此,在进行骨发育标准修订时有必要解决这个问题。我们认为一种解决办法是减小年龄组间距至半岁或小于半岁,另一种办法是在年龄上完全随机再用数学方法做出更真实的描述。

参照骨选择及发育分期需要认真研究

TW系列方法对手部参照骨的选择有其必然也有偶然。其选择桡、尺骨远端,腕部和掌指骨包括了手、腕部全部类型的骨化中心应该予以肯定,但是简单的选择1、3、5掌指骨则有待商榷。李果珍教授的“百分计数法”不包括远节指骨和腕部除头状骨、勾骨、三角骨以外的骨化中心应该是实践中认真观察和慎重考虑的结果。“中国人骨发育标准”研究的数据一定程度上印证了这种选择。近十几年的阅片实践中我们也常常感叹远节指骨的评价困难:远节一由于体位的变化5、6期较难判断,远节三、五因肢体较细及相对曝光过量,5、6期也较难判断。鉴于此,我们建议应该较全面的评价手腕部全部骨化中心的发育分期,然后用数学方法进行筛选,甚至可以针对不同的应用,分别制定不同年龄段的骨发育评价标准并为此区别选择参照骨。另外部分骨化中心的个别发育分期持续时间过长而此时参照骨之间又缺乏互补性,造成骨发育评价图出现平台期。

数据处理方法有待改进

制定《中国人手腕骨发育标准CHN法》的数据处理方法虽然进一步深化和发展了TW2的数学思想,但是同样没有从根本上解决TW2法存在的重大缺陷——只能对每一个骨化中心的全部发育分期做整体取舍,而不能只选择特征明显易于评价的发育分期;这样的结果必然导致评价系统的繁杂和低效率以及读片重复率无法提高的结果。

针对数据处理方法上存在的缺陷,我们已经找到了比较完美的解决方案,该新算法已经结合制定《中国人手腕骨发育标准CHN法》的原始读片结果制定了新的骨龄算法,目前该算法已经应用在中国人骨龄鉴定与年龄推断——司法版软件。关于算法的详细介绍将另外刊出。

发育分期描述过于简单

《中国人手腕骨发育标准CHN法》在颁布前,为了便于推广普及,考虑到当时我国体育界的整体文化基础和学习能力,对骨发育分期的描述做了相当程度的简化,使分期描述易懂易记。但是过于简化的描述也给骨发育分期的评价带来了意想不到的困难,一些非常典型的特征描述由于被简化掉,而使得评价人员面对片子找不到分期特征。因此,骨发育分期描述应该重新考虑(通过结合G-P和百分计数法去掉的某些过于繁琐的描述是值得肯定的)。

结语:《中国人手腕骨发育标准CHN法》自颁布以来,不仅为我国体育事业的发展做出了巨大贡献,还被许多文化艺术类院校和单位的选材广泛应用;许多医疗卫生行业的专家学者将该方法应用于儿童相关疾病的诊断和治疗监测及与儿童生长发育相关的地方病、流行病调查;我国公、检、法、司系统的专业技术人员将该技术应用于没有确切年龄证据的未成年当事人的年龄推断。

参考文献:

1、中国人骨成熟度评价标准及应用     张绍延  邵伟东   杨士增等  人民体育出版社。

2、《中国人手腕骨发育标准CHN法》   中华人民共和国行业标准 TY/T 001-92  中华人民共和国体育运动委员会  发布

3、《儿童少年卫生学》第五版  季成叶主编   人民卫生出版社

4、《人的骨骼年龄》  席焕久主编    辽宁民族出版社

5、《手腕骨发育X线图谱》 第二版  原著  威廉·沃尔特·格罗伊利奇    S·爱德尔·派尔  翻译  张绍岩 李小陆

 

作者简介:

邵伟东:1963年出生,副研究员。1984年毕业于兰州大学数学力学系计算数学专业获理学学士学位。同年被分配至河北省科学院应用数学研究所计算方法研究室工作。1985年负责了河北省骨龄标准(TW2法)的数据处理工作,1987年至1992年负责了国家体委“中国人骨发育标准研究”的数据处理工作。参加了“中国人骨成熟度评价标准与应用”一书的编写工作,1998年获得国家科技进步三等奖。1987年至2003年与河北省体育科学研究所合作,从事骨发育自动评价研究工作。目前就职于石家庄展望未来科技有限公司,仍致力于骨发育评价技术与应用的研究开发工作。

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