应用高分辨磁共振成像结合计算机图像分析性早熟儿童垂体形态特征的研究

高天予，徐 政，李孝娟（通信作者）

（1扬州大学附属医院肿瘤放疗科 江苏 扬州 225000）

（2扬州大学附属医院骨科 江苏 扬州 225000）

（3扬州大学附属医院儿科 江苏 扬州 225000）

性早熟是一种常见的发育异常疾病，其中女孩占绝大多数。本病可分为中枢性性早熟（center precocious puberty，CPP）和外周性性早熟（periphery precocious puberty，PPP）。伴随着性激素水平逐渐升高，骨骺提前闭合，可导致身材矮小，过早出现第二性征，月经来潮提前等方面的问题[1]。临床上对性早熟的评估和诊断主要基于第二性征及生殖系统的发育、激素检测及影像学检查，其中磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技术与骨龄摄片是目前常规的影像评估检查。垂体在人体的内分泌调节中发挥重要作用，其发育和功能的异常，可直接影响儿童的正常生长发育[2]。既往研究显示，MRI所示的垂体高度、垂体形态与血清中促性腺激素水平和性发育具有一致性[3]。但传统的垂体形态学测量局限于经线及形态的描述，由于垂体的形状多变，用单一的经线测量并不能准确地反映出垂体的形态特征，因此，本研究利用垂体图像分割算法，结合高分辨磁共振成像（high resolution MRI，HRMRI），通过对图像的处理建模及量化分析，对垂体影像学特征进行更为精确的提取，为早熟儿童诊断与治疗的评估提供新的参考依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年1月—2023年8月在扬州大学附属医院就诊并经临床相关指标诊断符合《女性性早熟的诊治共识》[4]确诊为性早熟女童共36例，分为中枢性性早熟组（CPP）12例，外周性性早熟组（PPP）24例，并按照年龄、性别及研究匹配原则，选取22例在我院体检或住院发育正常女童作为正常对照组。

纳入标准：①符合我国卫生部2015年发布的儿童性早熟诊疗指南[5]；②初诊年龄女性＜8岁；③无智力障碍或先天性疾病；④无口服外源性激素史。排除标准：①临床资料缺失者；②伴有染色体畸变者；③存在MRI检查禁忌者；④合并内分泌、骨骺发育不良、遗传代谢性疾病者。

1.2 方法

所有患者采用GE750W 3.0T核磁共振成像收集数据，采用常规T2-FLAIR及CUBE T1高分辨结构序列扫描。T2-FLAIR序列扫描参数：重复时间（TR）/回波时间（TE）=9 000 ms/119.7 ms，反转角160°，层厚5 mm，矩阵256×256。3D CUBE序列扫描参数：TR/TE=800 ms/11.2 ms，反转角90°，层厚1 mm，间隔0，FOV 25.6×19.2，矩阵256×256。

1.3 图像分析

首先测量腺垂体的矢状前后径、矢状高径。本次研究采用自主编译的基于Matlab的分析软件：首先将Dicom格式MRI源文件导入软件，自动生成横断面及冠失状面图像。将三维扫描数据作为一个整体的分割对象，采用半自动分割方法及交互式分水岭法，在三个方向对垂体边界进行界定，并利用蒙版编辑工具对分割结果进行细微调整。通过Matlab工具箱函数bwarea计算出感兴趣区像素点个数，再用体素个数乘以每个体素的大小得到最终的总体积。垂体三维表面的重建采用基于顶点的表面重建，能够寻找其等值面来构造边缘，通过统计三角形面片的面积进而得到整个垂体表面积，分析流程，见图1。

图1 自主开发的形态学测量工具的分析流程

1.4 观察指标

①临床资料：比较三组女童的年龄、身高、体重、性腺超声检查及X线骨龄差异；②实验室资料：比较三组女童激素水平，包括促甲状腺激素、睾酮、雌二醇、泌乳素、促黄体生成素及促卵泡刺激素；③影像学资料：比较三组女童脑垂体矢状高径、矢状前后径、体积及表面积；④分析垂体形态数据与促性腺激素[促甲状腺激素（TSH）、促卵泡生成激素（FSH）、促黄体生成激素（LH）]之间的相关。

1.5 统计学方法

采用SPSS 22.0统计软件分析数据。符合正态分布的计量资料用均数±标准差（）表示，两组间比较采用t检验，多组间采用方差分析；计数资料用频数（n）、百分率（%）表示，采用χ2检验。使用皮尔逊相关系数分析评价垂体形态学指标与临床生化指标之间的相关性。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 三组女童一般资料比较

三组间年龄差异无统计学意义（P＞0.05）。CPP、PPP两组女童均有第二性征发育，盆腔超声显示子宫、卵巢不同程度增大。CPP组、PPP组骨龄、身高、体重等指标均较正常组呈现出较高水平（P＜0.05）。其他各临床生化指标，见表1、表2。

表1 三组女童体格检查情况（）

表1 三组女童体格检查情况（）

分组例数年龄/岁骨龄/岁身高/cm体重/kg CPP128.01±1.208.79±1.05139.3±7.6030.43±7.86 PPP247.58±0.93 8.61±1.41 133.9±6.2928.71±5.85正常组227.82±0.797.37±1.38130.10±0.525.1±5.43 F 0.876.5511.733.47 P 0.422＜0.001＜0.0010.045

表2 三组女童生化检查情况

2.2 三组垂体各径线值、体积、表面积比较

三组之间垂体矢状高径比较差异显著，组间两两比较显示CPP矢状高径明显大于PPP组及正常对照组（P＜0.05）。三组之间垂体体积比较差异无统计学意义（P＞0.05），但CPP明显大于正常组（P=0.037）。三组垂体矢状前后径、表面积差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表3。

表3 不同组垂体各径线值、体积、表面积比较（）

表3 不同组垂体各径线值、体积、表面积比较（）

分组矢状高径矢状前后径体积垂体表面积CPP5.21±1.035.64±0.65412.51±99.78326.40±50.41 PPP4.42±1.125.53±0.85372.83±72.68313.08±42.45正常组4.52±1.085.89±1.08342.45±112.53303.36±57.99 F2.300.922.130.82 P0.0510.4120.1370.451

2.3 垂体形态数据与促性腺激素之间的相关性

三组垂体形态数据与促性腺激素（TSH、FSH、LH）之间的相关分析显示，CPP组垂体体积、垂体表面积分别与LH、FSH激发峰值、TSH激素水平呈明显正相关（P＜0.05）。其余组未见显著相关性（P＞0.05）。见图2。

图2 CPP组垂体体积及表面积与LH、FSH激发峰值、TSH激素水平相关性

3 讨论

近年来性早熟发病率明显增高，已成为目前最常见的儿童内分泌疾病之一[6]。儿童发育受下丘脑-垂体-性腺轴（hypothalamic-pituitary-gonadal axis，HPGA）的控制，各种激素的分泌共同组成一个性发育反馈调节系统。HPGA轴的提前启动是CPP的一个主要原因，而PPP由于HPGA轴未提前启动，其原因相对复杂，如肾上腺疾病、性腺肿瘤、神经系统肿瘤等原因造成，与垂体、下丘脑无关，但部分第二性征却提前出现[7]。

垂体是中枢调控内分泌活动的重要组织，其发育和功能是否正常，可直接影响儿童的正常生长发育。获益于医学影像技术的发展，能够在较短时间获得多序列HRMRI图像，可以在三维立体层面提供更多垂体形态学信息。本次研究突破以往垂体测量的局限性，从径线、体积及面积这几个方面对垂体进行的形态学评估，并采用计算机辅助的半自动分割，克服了以往人为测量的主观性，改进为三维立体的评估，更全面反映垂体形态的变化。

在本次研究中，CPP组垂体体积、矢状高径大于正常组且差异具有统计学意义，并且CPP组垂体矢状高径高于PPP组，而垂体表面积三组之间及两组之间均没有统计学差异，与既往研究相一致[8]。本研究还观察了垂体形态与促性腺激素含量间的关系，发现CPP组患儿的垂体体积及表面积与LH、FSH激发峰值及TSH激素水平呈明显正相关，说明垂体形态能在一定程度上反映垂体的分泌水平，相反，PPP组患儿垂体形态学指标与各激素水平没有明确的相关性，这与先前研究的生理病理机制相吻合[9-11]。

综上所述，传统测量的垂体矢状高径在中枢性性早熟、外周性性早熟、正常对照之间具有较好鉴别诊断价值，但是与激素代谢水平的相关性不高，而垂体的体积和面积对于激素水平有更好的相关性，提示垂体的体积、表面积也是病情评估、治疗干预的理想参照指标。通过自主开发的多模态影像的处理和分析技术，结合其生化指标及垂体形态、结构特征进行评估是精准干预的有力依据。