골연령 측정법의 평가와 반자동 골등급 측정 알고리듬 개발

Abstract

소아의 성장 양상은 여러 질환을 판별하는데 중요한 인자이다[1, 2]. 이러한 소아 성장의 평가에는 골연령을 이용하는데, 현재 임상에서는 GP-BP (Greulich-Pyle and Bayley-Pinneau) 법과 TW3 (Tanner-Whitehouse 3) 법을 사용하여 골연령을 평가하고 있다[3-6]. 골연령 평가 방법들은 모두 해외 소아들을 대상으로 개발된 것이므로 국내 소아의 적용에 적절한지에 대한 평가가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 436명 (남 174명, 여 262명)의 국내 소아를 대상으로 TW3 법을 이용하여 국내 소아의 골 성숙점수를 산출하고 해외 소아의 결과와 비교하였으며, TW3 법과 GP 법을 이용하여 골연령과 역연령의 차이를 알아보았다. 그리고 골연령 평가 시간을 단축시키고 검사의 효율성을 향상시키기 위해서 TW3 법 기반의 골등급 측정 알고리듬과 프로그램을 개발하였다. 또한 검사의 정확성을 향상시키기 위해서 TW3 법의 골등급 기준을 계량화하고 세분화하였다. 마지막으로 골연령 측정을 통해서 성인키 예측이 가능한데 본 연구에서는 2000 ~ 2009년 이대목동병원에서 성장판 검사를 시행한 소아 116명(남 43명, 여 73명)을 대상으로 실제 키를 조사하였으며 TW3 법과 GP-BP 법에서 계산한 예측키와 실제 성인키의 차이를 확인하였다. TW3 법으로 측정된 국내 소아의 골 성숙점수는 해외 소아에 비해 전체적으로 높은 결과를 보였다. 이러한 결과는 국내 소아의 골 성숙도를 평가할 때 해외 기준을 이용한다면 정상성장 상태에도 불구하고 조기 성숙으로 측정될 가능성이 있음을 의미한다. TW3 법과 GP 법을 이용하여 계산된 골연령은 두 측정법 모두에서 역연령보다 평균적으로 높은 결과를 보였다. TW3 법과 GP 법에 따른 골연령과 역연령의 차이는 연령에 따라 다르나, 남아의 경우 TW3 법이 GP 법보다 약 18% 정도 정확하였고, 여아의 경우 큰 차이가 없었다. TW3 법과 BP 법에 따른 예측키와 실제 성인키의 차이(평균±표준편차)를 비교한 결과, 남아는 각각 -1.1±3.1 cm, 0.4±3.9 cm이고, 여아는 각각 -1.5±1.8 cm, -1.8±2.4 cm이다. TW3 법의 예측키는 남녀 모두, BP 법의 예측키는 여아에서 실제 성인키에 비해 다소 작았다. 하지만 TW3 법의 예측키는 적은 편차를 가지므로 실제 성인키와 근접한 결과를 얻을 수 있다. 따라서 TW3 법이 최근 국내 소아의 성인키 예측에 더 적합한 것으로 사료된다. 본 연구 결과는 국내 소아를 위한 측정 방법의 적합성을 평가하는데 이용될 수 있으며, 각 측정 방법의 오차를 제시하므로 질환 진단 시 유용한 참고자료가 될 것이다. TW3 법을 기반으로 개발한 골등급 측정 프로그램을 이용하여 자동으로 골등급을 측정한 결과, 1.0 ~ 2.3 등급의 오차가 났다. 연구에 사용된 X선 영상들의 촬영조건이 각각 다르고, 뚜렷하지 않은 골단부와 골간단부의 밝기 차이는 측정 영역의 자동 지정과 윤곽 추출의 정확성을 감소시키는데, 이는 자동 골등급 측정의 한계로 작용한다. 따라서 검사자가 측정 영역과 영상의 윈도우 값을 조절하는 반자동 방법을 사용하면 골등급 판정의 정확성은 수동으로 할 때와 비교하여 동일한 수준으로 유지되면서 판독시간이 짧고 사용이 용이하여 임상의들에게 유용할 것이다.;A growth of children is affected with disease status; 1) social class, 2) psychological stress, 3) genetic, 4) hormonal and 5) nutritional influences. Thus, First signal of all diseases is that a growth has significant changes. There are two methods in Growth assessment method; one is using height and weight and the other is using the bone age. Because height and weight are affected with nutritional, hormonal and genetic influences, it has a large deviation range, so an additional test is needed. On the other hand, bone age includes influences to Sexual maturation and hormone, so it is a useful examination, because it doesn't need additional tests. Now, in clinics, bone age and predicted adult height are estimated by GP-BP (Greulich-Pyle and Bayley-Pinneau) and TW3 (Tanner-Whitehouse 3) method. Bone age estimation method was developed for foreign children, so it had to be checked if it is suitable to Korean children. In our study, we assessed accuracy of bone age and predicted adult height measurement which are currently used and suggest improved methods that make accuracy of measurement and efficiency improved. First, we needed to check that a bone age measurement developed in foreign is suitable to Korean children. To this, we measured skeletal maturity score of Korean children who are normal growth using bones of 13 parts (RUS bone: Radius, Ulna and Short bone). We compared Korean normal children's skeletal maturity score with foreign normal children and then searched if it has differences by race and time of measurement. As a result, Korean children had more high bone maturity score than foreign children. This showed possibility that might be assessed to be early matured, although it was normal growth. Second, we analyzed differences between bone age and chronological age of GP-BP and TW3 which are used in clinics. As a result, bone age using 2 methods is higher than chronological age. For boys, there is less difference between bone age using TW3 method and chronological age than between bone age using GP-BP method and chronological age. Third, we analyzed error of predicted adult height measurement of GP-BP and TW3 which are used in clinics. As a result, there is less error in predicted adult height using TW3 method than in predicted adult height using GP-BP method. Forth, to make high efficiency of the test, we developed semi-automatic bone stage measurement algorithm and assessed the accuracy. It had errors between 1.0 and 2.3 stages. The algorithm can be used to reduce the number of compared stage image for bone stage measurement. It also can reduce time of TW3 test, because it helps automatic system. Fifth, to improve accuracy of the test, we studied quantitative analysis and subdivided bone stage standard of TW3. As a result, it had not a distinct difference between TW3 method using previous bone stage standard and TW3 method using subdivided bone stage standard. A method to improve bone age measurement that is developed in our study is needed consistent tests for clinical uses. However, process of assessment was easier than before and made accuracy of bone stage measurement high. So, it will improve accuracy of growth assessment.