林曉強，韓 濤，景夢園，鄧靚娜，張 斌，周俊林

1蘭州大學(xué)第二醫(yī)院放射科，蘭州 730030

2蘭州大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730030

3蘭州大學(xué)第二醫(yī)院甘肅省醫(yī)學(xué)影像重點實驗室，蘭州 730030

4醫(yī)學(xué)影像人工智能甘肅省國際科技合作基地，蘭州 730030

KRAS是細(xì)胞生長中重要的調(diào)節(jié)蛋白基因，該基因編碼的突變導(dǎo)致GTP水解酶活性喪失，進而持續(xù)活化使細(xì)胞增殖癌變[1]。KRAS基因突變存在于30%～40%的結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移患者中，并且與復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和總生存時間降低有關(guān)[2- 3]。多項臨床研究表明具有KRAS基因突變的結(jié)直腸癌無法從抗表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)的靶向治療中獲益，因此，KRAS基因突變狀態(tài)可作為結(jié)直腸癌抗EGFR治療療效的預(yù)測生物標(biāo)志物[4- 5]。CT及MRI是目前應(yīng)用于直腸癌術(shù)前評估的主要成像手段，雙能CT及MRI衍生序列的定量參數(shù)對比圖像特征能更好地反映組織病理學(xué)改變，目前已有研究表明能譜CT及MRI定量參數(shù)對預(yù)測結(jié)直腸癌基因突變的可行性[6- 8]，本研究對比評估兩種成像手段的定量參數(shù)，比較兩者對直腸癌KRAS基因突變的診斷效能。

對象和方法

對象收集2017年8月至2021年4月蘭州大學(xué)第二醫(yī)院的直腸癌患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)在術(shù)前10 d內(nèi)接受三期能譜CT及MR平掃及擴散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)檢查，兩種檢查時間間隔不超過3 d；(2)在蘭州大學(xué)第二醫(yī)院行手術(shù)并由病理確診為直腸腺癌的患者；(3)具有完整的臨床病理資料；(4)進行KRAS基因突變檢測的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)合并其他惡性腫瘤患者；(2)術(shù)前經(jīng)過抗腫瘤治療如新輔助治療、放化療或光動力治療等；(3)圖像質(zhì)量過差，難以顯示病灶；(4)臨床資料不全的病例。滿足以上入組標(biāo)準(zhǔn)共計50例患者，男32例、女18例。29例為KRAS野生型、21例為KRAS突變型。腫瘤分期包括T1期2例、T2期6例、T3期36例、T4期6例。腫瘤的組織學(xué)分型均為腺癌。

方法采用回顧性病例對照研究，術(shù)前臨床基線資料的獲取包括患者的性別、年齡、癌胚抗原水平、糖類抗原125水平、糖類抗原199水平(carbohydrate antigen 199，CA199)，術(shù)后病理基線資料包括術(shù)后病理T分期、脈管侵犯、神經(jīng)侵犯及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

雙能CT掃描：采用GE寶石能譜機(Discovery CT750HD，GE Healthcare，USA)行平掃及三期能譜CT掃描。對所有患者均采用能譜成像進行平掃及增強三期掃描。掃描前培訓(xùn)患者做平靜呼吸以最大化地降低呼吸運動偽影，掃描范圍從膈頂?shù)綈u骨聯(lián)合以下。寶石能譜CT管電壓為高、低能量(140、80 keV)瞬時切換，自動毫安技術(shù)，層厚5 mm，層間距5 mm，螺距0.984∶1。增強掃描時通過正中靜脈以流率5.0 ml/s團注非離子型對比劑碘海醇(320 mgI/ml)，造影劑劑量為1 ml/kg，動脈期能譜掃描采用閾值法，感興趣區(qū)(region of interest，ROI)放置于膈頂?shù)闹鲃用}區(qū)域，至80 HU觸發(fā)掃描，在注射造影劑后的25～30 s、60～70 s和120～150 s進行動脈期、靜脈期和延遲期的掃描。

磁共振掃描：采用飛利浦 3.0 T超導(dǎo) MR (Philips MR Ingenia 3.0 T)成像系統(tǒng)，32通道線控陣表面線圈。主要序列及參數(shù)：重復(fù)時間=3000 ms，回波時間=80 ms，層厚為 3 mm，矩陣 260×260，視野范圍=260 mm×260 mm，體素為 1 mm×1 mm，激勵次數(shù)=1，翻轉(zhuǎn)角 90°，獲取腫瘤病灶矢狀位圖像，大體了解病灶在直腸位置，再行軸位、冠狀位T2加權(quán)成像(T2 weighted image，T2WI)掃描及斜軸位、冠狀位DWI掃描。行 DWI 成像時，選用單次激發(fā)自旋平面回波序列，b值選擇0、1000 s/mm2。

KRAS基因突變(外顯子2、3、4)：通過PCR使用突變擴增阻滯系統(tǒng)方法進行檢測。

圖像后處理及數(shù)據(jù)分析雙能CT掃描完成后將原始數(shù)據(jù)重建為層厚1.25 mm、層間距1.25 mm的薄層圖像并上傳至GE ADW4.7工作站(GE Healthcare，Milwaukee，WI，USA)，由1名高年資主治醫(yī)師使用專用能譜分析軟件通過盲法完成圖像后處理及數(shù)據(jù)分析。分別在動脈、靜脈及延遲期的70 keV單能量能譜圖像上選取病灶的最大層面，并在每個層面以及鄰近上下兩個層面上放置3個ROI，避開明顯的血管及壞死區(qū)域(在各期圖像上均表現(xiàn)未增強的區(qū)域)，ROI的形狀由圓形至橢圓形不等，每個ROI約占該層腫瘤層面實體部分的1/3，盡量確保三期能譜ROI大小形態(tài)及位置一致，ROI的平均大小為42.47 mm2，共計9個ROI，并計算ROI的平均值(圖1A、1B、1C)。數(shù)據(jù)分析包括：(1)測量病灶的三期有效原子序數(shù)、碘(水)濃度(iodine concentrations，IC)(mg/cm3)及水(碘)濃度并計算標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度(normalized iodine concentration，NIC)，NIC值計算公式為：NIC=IC腫瘤組織/IC髂內(nèi)動脈；(2)在靜脈期圖像上約第二骶椎平面測量直腸上靜脈(superior rectal vein，SRV)直徑，測量取相關(guān)層面的最小直徑(直腸上靜脈回流在此平面接近水平走行，以周圍為脂肪組織作為襯底顯示更為清楚)[9]。

磁共振圖像掃描完成后上傳PACS工作站。由上述醫(yī)師使用盲法進行ROI勾畫，在相同患者的能譜CT圖像繪制結(jié)束后立即進行，ROI的放置選取病灶的最大層面進行3次勾畫并取平均值(圖1D)。數(shù)據(jù)獲取及分析包括：(1)結(jié)合DWI和T2WI獲取腫瘤的分段，以折線法測量病灶下緣距離肛緣的距離，低于5 cm者記錄為低位直腸癌，高于10 cm者記錄為高位直腸癌，5～10 cm記錄為中位直腸癌；(2)在T2WI圖像上測量最大縱向腫瘤長度(longitudinal tumor length，LTL)及最大軸向腫瘤長度(axial tumor length，ATL)，并計算ATL/LTL，LTL定義為沿腸管長軸方向腫瘤上緣到下緣的距離，ATL定義為病灶最大層面腫瘤外緣至腸腔內(nèi)腫瘤內(nèi)緣的距離[9- 10]；(3)測量腫瘤實性成分ADC值，其中包括最小ADC值(最小ADC值定義為最大層面所有ROI中獲得的最小ADC值)、平均ADC(average ADC，aADC)值及相對ADC(relative ADC，rADC)值，計算公式為：rADC=aADC/病灶同層臀大肌aADC值。

ADC：表觀擴散系數(shù)；圓圈為感興趣區(qū)；所有感興趣區(qū)均放置于腫瘤實性組織處

結(jié) 果

兩次測量的一致性同一觀察者兩次測量的雙能CT及MRI定量參數(shù)的ICC值均大于0.7(P均<0.05)，其中動脈期碘濃度值的ICC值最低(ICC=0.894)，兩次測量具有較好的可重復(fù)性。

術(shù)前臨床資料KRAS突變與野生型組患者的性別、年齡、分段及部分血清腫瘤標(biāo)志物指標(biāo)(癌胚抗原、糖類抗原125)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；CA199異常組KRAS基因突變率高于正常組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.036)(表1)。

雙能CT及MRI定量參數(shù)比較KRAS突變與野生型組患者的雙能CT及MRI定量參數(shù)比較顯示，突變型組的靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度值高于野生型組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.016)；其余能譜CT參數(shù)以及直腸上靜脈寬度差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)(表2)。突變型組aADC與rADC均低于野生型組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.008，P=0.002)；最小ADC值、ATL、LTL及ATL/LTL差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)(表2)。

術(shù)后病理指標(biāo)比較KRAS基因突變組對比野生型組具有更高的淋巴管血管侵犯率(P=0.034)，兩組患者的其他術(shù)后病理指標(biāo)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)(表3)。

臨床病理資料、雙能CT和MRI定量參數(shù)診斷效能比較對差異有統(tǒng)計學(xué)意義的指標(biāo)繪制ROC曲線，結(jié)果顯示CA199、淋巴管血管侵犯、能譜參數(shù)靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度值、aADC及rADC值曲線下面積分別為0.639、0.646、0.693、0.721及0.755，rADC對KRAS基因突變的AUC值高于aADC值、靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度值、CA199及淋巴管血管侵犯，以低于0.488作為截止值診斷KRAS基因突變的敏感性為82.8%、特異性為61.9%(圖2、表4)。

表1 野生型與突變型直腸癌術(shù)前臨床基線資料比較

表2 野生型與突變型直腸癌雙能CT和MRI定量參數(shù)比較

表3 術(shù)后病理指標(biāo)對直腸癌KRAS基因突變的相關(guān)性[n(%)]

圖2 臨床病理指標(biāo)、雙能CT及ADC定量參數(shù)診斷直腸癌KRAS基因突變的受試者工作特征曲線

討 論

美國國家綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)指南推薦將RAS基因檢測作為疑似或確診的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌抗EGFR治療前的先決條件[11]。對于失去手術(shù)機會的部分轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者，影像學(xué)檢查具有可重復(fù)性高、全面評估等優(yōu)點，對比侵入性活檢取點的不穩(wěn)定性，更有助于指導(dǎo)臨床選擇靶向治療的方向。

既往大樣本量研究顯示KRAS基因突變在女性及65歲以上人群中更多見[12]，并且血清標(biāo)志物如CA199可作為獨立預(yù)測因子預(yù)測直腸癌KRAS基因突變[13]；多種臨床病理學(xué)因素與結(jié)直腸癌KRAS基因突變密切相關(guān)，并且常指向不良預(yù)后[14- 15]。本研究除淋巴管血管侵犯外，其他臨床病理指標(biāo)如性別、年齡、術(shù)后病理分期、神經(jīng)侵犯與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況均未顯示與KRAS基因突變有相關(guān)性，這可能是由于本研究樣本量較小所致。本研究以37 U/ml將CA199分組為正常/異常組，異常組較正常組具有更高的KRAS基因突變率，所得結(jié)果與之前的文獻(xiàn)[16]較為一致?；趫D像特征的定性或半定量指標(biāo)如腫瘤形態(tài)、SRV、ATL/LTL等在既往研究中具有一定價值[6，10，17]，但受制于操作者主觀性強、診斷準(zhǔn)確性及診斷效能較低等原因?qū)е略\斷價值有限，本研究亦引入SRV、ATL/LTL與直腸癌KRAS基因突變行相關(guān)性分析，但未顯示有差異。

能譜CT成像作為一種功能成像手段，除常規(guī)的圖像特征外，還可提供基于能譜曲線、有效原子序數(shù)、碘圖等的多種定量參數(shù)[18]，對于組織碘含量的測定能有效反映局部組織的血流灌注情況[19]，而DWI及其定量參數(shù)ADC值能夠無創(chuàng)反映組織中水分子的擴散狀態(tài)，KRAS基因突變與血管內(nèi)皮生長因子和組織因子活性具有相關(guān)性，即與腫瘤內(nèi)更豐富的血管生成和血管旁結(jié)構(gòu)有關(guān)[20- 21]，為本研究的理論基礎(chǔ)。目前多項研究顯示能譜CT、ADC參數(shù)與結(jié)直腸癌KRAS基因突變具有相關(guān)性[6，10，22- 23]。本研究以AUC值作為標(biāo)準(zhǔn)對比兩種成像方式對直腸癌KRAS基因突變的診斷效能，顯示靜脈期能譜參數(shù)NIC與DWI參數(shù)aADC值、rADC診斷效能相近，其中rADC的診斷效能較能譜參數(shù)更高。靜脈期能譜參數(shù)較動脈期、延遲期診斷效能更好，這與Cao等[6]研究認(rèn)為動脈期參數(shù)診斷效能最佳的結(jié)論有較大差異，分析原因認(rèn)為在靜脈期碘值攝取及分布更加充分、均勻，更能全面反映病灶的整體情況。此外，在Ⅲ期直腸癌中的事后分析結(jié)果顯示，LTL和aADC在Ⅲ期直腸癌中差異有統(tǒng)計學(xué)意義，突變組LTL[5.05(2.27)]、aADC[0.818(0.072)]均低于野生組[6.00(2.50)、0.876(0.099)]，KRAS基因突變的腫瘤進展更傾向息肉狀的生長模式[24]，但ATL并未顯示出差異，這可能與腫瘤的檢查前灌腸準(zhǔn)備不足有關(guān)。而aADC在Ⅲ期直腸癌中的趨勢符合本研究的主要結(jié)果。本研究表明盡管雙能CT和ADC參數(shù)在預(yù)測直腸癌KRAS基因突變方面效能相近，但后者對于避免輻射損傷和造影劑過敏方面更具優(yōu)勢。

本研究存在一定的局限性：(1)本研究樣本量較小，部分指標(biāo)如SRV、ATL/LTL、動脈期碘值及標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度值等在以往研究中得到驗證，但本研究未顯示與直腸癌KRAS基因突變具有相關(guān)性，或與本研究樣本量較小有關(guān)，抑或是既往研究將結(jié)直腸癌作為整體進行研究而未對亞組分別進行相關(guān)性分析的原因；(2)本研究僅基于腫瘤最大層面水平的二維圖像，不足以反映腫瘤總體的異質(zhì)性，進一步使用三維圖像的研究或許能取得更好的結(jié)果；(3)由于本研究的數(shù)據(jù)主要分布在Ⅲ期直腸癌，進一步擴充樣本量根據(jù)T分期進行分層分析可能會更有優(yōu)勢；(4)本研究作為回顧性研究，入組患者存在不可避免的選擇性偏倚，這有可能影響診斷效能。

綜上，本研究探討了術(shù)前臨床指標(biāo)如性別、年齡及腫瘤標(biāo)志物與影像學(xué)指標(biāo)如腫瘤分段、SRV、ATL/LTL、雙能CT及MRI定量參數(shù)對直腸癌KRAS基因突變的診斷效能，綜合各指標(biāo)考慮，筆者認(rèn)為MRI定量參數(shù)rADC較能譜參數(shù)及其他臨床指標(biāo)在術(shù)前無創(chuàng)評估直腸癌KRAS基因突變方面更有優(yōu)勢，但直腸癌的臨床關(guān)鍵問題如遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移瘤的篩查等還需要其他影像學(xué)檢查方式的參與。因此，對于影像學(xué)定量參數(shù)對直腸癌的術(shù)前評估體系的作用仍需要進一步研究。