结直肠癌（colorectal cancer，CRC）在全世界范围内发病率及死亡率较高，最新癌症统计结果显示，CRC发病率在全球范围内居第3位，死亡率居第2位^[1]，其中直肠癌约占总数的1/3。靶向药物的应用使患者存活率显著提高，该治疗方法中代表性的是抗表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）抗体治疗^[2,3]。大鼠肉瘤病毒致癌基因同源物（Kirsten Rat Sarcoma Viral Oncogene Homolog，KRAS）突变状态在大约35%～40％的结直肠癌患者中被观察到，KRAS基因突变发生在结直肠癌的早期阶段，其在原发灶及转移灶中一致性较高^[4]，而且与肿瘤的复发及转移有显著关系^[5]，而KRAS突变型患者抗EGFR治疗效果不佳^[6,7]。2015年《美国国立癌症综合网络（NCCN）结直肠癌指南》提出，只推荐KRAS基因野生型患者接受EGFR抑制剂治疗。因此，早期准确预测KRAS基因的突变状态，能为患者的精准医疗提供依据。

       病理是检测直肠癌基因型是否突变的金标准，而一些晚期病人可能无法通过手术切除取得病理组织。虽然活检也可以取得病理，但由于肿瘤内部存在异质性^[8,9,10]，取到的有限组织并不能代表肿瘤的整体状态。因此，寻找一种非侵入性、方便且可重复的方法来鉴定肿瘤的基因突变状态，对评估肿瘤的治疗具有重要意义。通过分析循环肿瘤DNA鉴别直肠癌的基因型虽然是非侵入的，但是当释放到循环中的DNA量不足时则可能导致检测率低^[11]。影像学检查是一种无创的、方便的检查方法，它可以显示整个肿瘤，图像也可以重复分析，也许能够在术前对肿瘤的基因状态进行预测，从而开展针对性治疗。

       磁共振成像技术在直肠癌的诊断及预后等方面应用非常广泛，在术前分期中起到非常重要的作用^[12]，各种参数在肿瘤表征、预测肿瘤侵袭性或治疗反应方面的研究也较多^[13,14,15]。既往也有研究发现MRI的定量参数（如DCE-MRI、DKI、IVIM、ADC等)^{[16,17,18,19,20]}在预测直肠癌的分子分型方面有显著意义；但是在我们平时的临床工作中，大数据接触的更多的是常规的MRI序列。有研究^{[21,22,23,24,25,26,27,28,29]}表明肿瘤形态特征与KRAS突变状态相关，但未有具体量化，Jo等^[22]将具体量化结果进行了研究，但预测值较低，因此本研究主要是在以前研究的基础上进一步验证分析是否能通过直肠MRI特征来预测KRAS基因的突变状态。

1　材料与方法

1.1　病人选择

       该研究回顾性纳入了2015年6月至2019年7月期间南京鼓楼医院82例经手术病理证实为直肠癌并进行了KRAS基因检查的患者，其中女性35例，男性47例，年龄42~81 (60.45±9.03）岁。纳入标准：(1）所有患者均在检查后2周内行根治性手术治疗，低位直肠癌行全系膜直肠切除手术，中上段直肠癌直肠系膜远端切缘距肿瘤边缘≥5 cm；(2）在检查前没有经过任何放化疗等治疗；(3）术后病理类型为直肠腺癌。排除标准：(1)图片质量不高，不能用于研究分析；(2)病灶太小（直径<5 mm) ；(3）其他病理类型的直肠癌；(4)既往有直肠或盆腔病变手术史。

1.2　检查方法

       检查前患者空腹8 h。能口服泻药的患者，磁共振检查前5 h口服2盒复方聚乙二醇电解质散（江西恒康药业），排空肠道内容物；不能口服（有肠梗阻）的患者，磁共振检查前2 h灌肠，以保证肠道清洁。肠腔内未注入任何对比剂，未使用胃肠蠕动抑制剂。

       扫描采用3.0 T超导型磁共振扫描仪(ingenia 3.0 T，飞利浦，荷兰），16通道相控阵体部线圈。梯度场强度为45 mT/m，梯度切换率为200 mT•m^-1•ms^-1。患者取仰卧位，头先进。扫描范围：髂骨上缘至耻骨联合下缘。检查时，所有患者先行矢状位T2WI，然后依次行轴位和（或）冠状位T2WI，然后行DWI扫描。扫描序列：(1）轴位快速自旋回波T2WI，TR 4582 ms，TE 100 ms，层厚4 mm，层间隔1 mm，视野240 mm×240 mm×159 mm，矩阵480×299，NSA 2次；(2）矢状位快速自旋回波T2WI，TR 4448 ms，TE 100 ms，层厚4mm，层间隔1 mm，视野240 mm×240 mm×119 mm，矩阵480×359，NSA 2次；(3）冠状位快速自旋回波T2WI，TR 3000 ms，TE 75 ms，层厚3 mm，层间隔1 mm，视野220 mm×180 mm×127 mm，矩阵300×189，NSA 2次；(4）轴位扩散加权成像DWI采用单次激励平面回波成像（echo planar imaging，EPI）序列，TR 6000 ms，TE 103 ms，层厚4 mm，层间隔1 mm，视野240 mm×240 mm×159 mm，矩阵132×158，NSA2次，b值取0和1 000 s/mm²。

1.3　图像分析

       所有图像被传输到图片存储和通信系统（picture archiving and communication system，PACS)，由2名医师在未知病理结果的情况下分别分析MR图像，测量并记录以下特征：肿瘤位置、大体形态、累及肠周范围、环周切缘（circumferential margin，CRM)、肿瘤最大纵向长度（longitudinal tumor lengths，LTL)、肿瘤最大轴向长度（axial tumor lengths，ATL)、最大轴向长度/最大纵向长度（ATL/LTL)、ADC值，对于连续数值资料取两人测量的平均值，分类变量资料在出现意见不一致时相互讨论决定。

1.3.1　肿瘤位置和长度

       主要观察T2WI图像。自外括约肌下缘连线向上折线测量肿瘤下缘与肛缘间距离，分别以>10 cm、5~10 cm、小于5 cm将肿瘤位置分为三类：上段、中段、下段。LTL：沿肠管长轴走行方向测量肿瘤最大病变范围；ATL：在肠管轴位方向上测量垂直肠壁方向肿瘤最大距离。

1.3.2　肿瘤大体形态

       (1)腔内息肉样病变（图1)：肿瘤呈肿块样向腔内凸起，与肠壁呈窄基底相连。(2)肠壁弥漫增厚并局部肿块样隆起，即肿瘤与肠管壁宽基底相连，局部可见向腔内或腔外呈肿块样隆起，同时在肿瘤最大横断面测量肿瘤轴向长度与纵向长度比值≥1。(3)肠壁弥漫增厚（图2)：肿瘤沿肠壁生长，弥漫增厚，同时在肿瘤最大横断面测量肿瘤轴向长度与纵向长度比值<1。

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图1  男，66岁，KRAS突变型，病理分期：Ⅰ (T1, N0，cM0)。A：高分辨率T2WI，肿瘤呈息肉样向腔内生长，直肠周围系膜清晰；B：DWI (b值=1000×10^-3 mm²/s)，病灶呈较均匀高信号；C：ADC，病灶呈低信号；D：病理为直肠腺癌（HE ×200）
图2  女，70岁，KRAS野生型，病理分期：ⅢB(T3,N1c，cM0)。A：高分辨率T2WI，肿瘤沿肠管壁生长呈弥漫增厚，直肠周围系膜受累；B：DWI (b值=1000×10^-3 mm²/s)，病灶呈高信号；C：ADC，病灶为稍低信号；D：病理为直肠腺癌（HE ×200)
Fig. 1  Male, 66 years old, KRAS mutation, pathological stage: Ⅰ (T1, N0, cM0). A: High resolution T2WI, the tumor was polypoid like and grew into the lumen with clear perirectal mesorectum. B: DWI (b value=1000×10^-3 mm²/s), the lesions were homogeneous and hyperintense. C: ADC, the lesions were hypointense. D: The pathology was adenocarcinoma of rectum (HE ×200).
Fig. 2  Female, 70 years old, KRAS wild type, pathological stage: Ⅲ B (T3, N1c, cM0). A: High resolution T2WI, the tumor grew along the wall of the intestinal tract and was diffusely thickened. The mesentery around the rectum was involved. B: DWI (b value=1000×10^-3 mm²/s), the lesions were hyperintense. C: ADC, the lesions were slightly hypointense. D: The pathology was adenocarcinoma of rectum (HE ×200).

1.3.3　累及肠周范围

       将肠管轴面平均分为四份，在肿瘤最大层面观察肿瘤累及范围，C1：肿瘤范围≤1/4肠周；C2：肿瘤范围>1/4肠周并≤1/2肠周；C3：肿瘤范围>1/2肠周并≤3/4肠周；C4：肿瘤范围>3/4肠周。

1.3.4　环周切缘（CRM)

       当肿瘤或淋巴结距离筋膜的距离≤1 mm时，判断为CRM (+)；当肿瘤或淋巴结距离筋膜的距离>1 mm时，则判断为CRM (-)。

1.3.5　ADC值

       将所有图像上传至PACS工作站，在肿瘤最大层面，避开坏死区域及肠内气体影响，在T2WI横断位及DWI图像上选取肿瘤信号较均位置分别画3个直径5 mm的感兴趣区，并将感兴趣区复制到ADC图像上相应位置，记录3次测量所得的平均值。

1.4　组织病理学分析

       所有标本均通过手术切除获得，并由病理学医师对肿瘤的浸润深度、淋巴结转移、TMN分期、脉管、神经侵犯情况及KRAS状态进行了评估。

1.5　统计分析

       应用SPSS 22.0软件包进行统计学处理。所有连续数值型变量均行正态分布检验。依据正态分布检验结果，符合正态分布的资料用平均数±标准差统计、独立样本t检验，非正态分布资料采用偏态分布描述性统计、非参数方法Mann-Whitney U检验，并通过ROC曲线分析评估诊断效能。无序分类变量采用χ²检验，单组内样本量<5时，采用Fisher精确性检验。等级分类变量采用非参数方法Wilcoxon W检查。采用P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　一般临床资料

       在82例患者中，检测到KRAS突变（以下称突变型组）的40例（占49%)，其中男性患者26例，女性患者14例；未检测到KRAS突变（以下称野生型组）的42例（占51%)，其中男性、女性各21例。年龄及性别在两组KRAS突变状态之间不存在显著差异(P>0.05)。

2.2　图像资料

       数值变量资料方面：KRAS突变型组及野生型组之间的ATL及ATL/LTL存在显著差异，分别为(Z=-2.268，P=0.023；Z=-2.422，P=0.015)；两组之间LTL和平均ADC值不存在显著差异(Z=1.41，P=0.161；t=0.161，P=0.163)(表1)。两组之间的ROC分析中，ATL、ATL/LTL的AUC值分别为0.645、0.655，敏感度分别为0.525、0.700，特异度分别为0.786、0.738（图3)。

       分类变量资料：肿瘤大体形态与KRAS突变状态显著相关(χ²=11.815，P=0.001)；而肿瘤位置、累及肠周范围、环周切缘、浸润深度、淋巴结转移、TNM分期、脉管浸润和神经侵犯方面在不同的KRAS突变状态无统计学意义(P>0.05)(表2)。

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图3  直肠癌ATL及ATL/LTL预测KRAS基因突变ROC曲线，ATL曲线下面积（AUC)为0.645，ATL/LTL曲线下面积（AUC)为0.655
Fig. 3  ROC curve of mutation of KRAS gene predicted by ATL and ATL/LTL in rectal cancer, ROC under ATL curve is 0.645, ROC under ATL/LTL curve is 0.655.

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表1  数值变量资料与KRAS突变状态之间的关系
Tab. 1  Relationship between data of numerical variables and KRAS mutation state

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表2  分类变量资料与KRAS突变状态之间的关系[例(%)]
Tab. 2  Relationship between categorical variable data and KRAS mutation state [n (%)]

3　讨论

       本研究中，KRAS基因突变型直肠癌患者占49%；其突变状态与直肠癌的大体形态及肿瘤的ATL、ATL/LTL显著相关，而在性别、年龄、肿瘤的位置、环周范围、ADC值、病理分期、浸润深度、淋巴结转移及脉管、癌栓等方面无相关性。

3.1　形态特征与KRAS基因状态相关性

       在这项研究中，我们发现KRAS突变与直肠癌病灶的息肉样形态显著相关，突变型组的ATL及ATL/LTL明显高于野生型组，这与之前的研究结果^[21,22]一致，ATL、ATL/LTL的AUC值分别为0.645、0.655，与Jo等^[22]的研究中ATL/LTL的AUC值0.640相近，对其结果进行了验证，也说明MRI特征与KRAS突变之间确实有一定关联性。以往的病理研究表明，KRAS突变在结直肠肿瘤发生的早期阶段被认为与低级别腺瘤转化为高级别腺瘤有关，在肿瘤的突出生长中具有重要意义^[23,24,25]。KRAS突变的激活引起的细胞生长活性的增加似乎对CRC中的息肉样生长至关重要^[26]，在本次的观察结果中3例息肉样生长的肿瘤全部为KRAS突变型，弥漫增厚型的肿瘤仅17/50为KRAS突变型，且较大的ATL/LTL及较长的ATL与KRAS的突变呈正相关也支持上面的病理研究，这表明基于MRI的息肉样肿瘤的形态对KRAS突变有一定的预测意义。ATL及ATL/LTL预测KRAS突变的准确性有限，尤其对于弥漫增厚型直肠癌，这有待增加样本量，进一步探索更精确的MRI特征参数。

3.2　ADC与KRAS基因状态相关性

       扩散加权成像是一种基于水在组织中扩散测量的磁共振成像技术，这种扩散可以用ADC值来量化。这种定量成像生物标志物已被证明能有用地区分良性和恶性病变，同时也反映了病变的一些组织学特征^[27,28]。这项研究中的平均ADC值在两组之间没有显著性差异[突变型组：(0.816±0.151)×10^-3 mm²/s；野生型组：(0.867±0.180)×10^-3 mm²/s ；P=0.163]，与之前的研究^[21,22]结果相符；但也有部分研究中报告说突变型组比野生型组的平均ADC值低的多^{[19, 29]}，我们的研究中虽然突变型组的平均ADC值也低于野生型组，这与上述研究结果是一致的，但尚不构成显著差异。对于出现不同的结果可能与ADC值的测量方法选择及样本量有一定关联，我们采用多中心测量取平均值的方法所获取的数值有局限型，肿瘤的异质性是导致这种偏差出现的原因。因此，对不同KRAS突变状态的ADC值是否存在差异尚不能得到肯定的结论，需进一步扩大样本量及选择多种测量方法比较之后才能达成共识。

3.3　其他特征与KRAS基因状态相关性

       本次研究中，在其他特征方面（肿瘤位置、累及肠周范围、环周切缘、浸润深度、淋巴结转移、TNM分期、脉管浸润和神经侵犯）在不同的KRAS突变状态无显著性差异，这与之前Shin等^[21]的研究结果是一致的。然而Shin等^[21]的研究中KRAS突变与肿瘤N分期有关，这种结果出现争议可能是MRI对于判断淋巴结是否转移的敏感性不高^[30]，受个人主观判断影响较大有关。本研究中，将较客观的组织病理学上的肿瘤和淋巴结分期、脉管癌栓、神经浸润等情况应用于分析中，更进一步验证了以前仅基本放射学特征的结果，也消除了一些偏差。

3.4　研究中的不足

       本研究仍存在一些局限型。首先，病例量较少，只能提供初期的研究结果；其次，该研究是回顾性研究，只选择了腺癌且以中分化为主，对于其他组织类型及分化程度的直肠癌缺乏数据；第三，此次只调查了KRAS基因的状态，对BARF及NRAS等基因的状态及这些基因之间是否存在干扰没有研究；第四，本研究中的ADC值是局部测量的平均值，不能代表整体的肿瘤状态，以待进一步测量全肿瘤的平均ADC值进行研究；第五，影像没有与术中标本各方位侧别做到一一匹配，可能会影响数据精准性，需要在以后的工作中改进。

3.5　结论

       总之，息肉样生长的肿瘤更容易发生KRAS突变，不同KRAS突变状态的ATL及ATL/LTL表现出显著差异。但是，它对直肠癌KRAS突变状态的预测准确性较低。