脑卒中高危人群的Willis环特点*

靳张宁 董文涛 张利通 高峰 张振 李锋坦 杨新宇

脑卒中发生与许多危险因素相关，包括性别、年龄、生活习惯及脑血管自身的变异等[1]。脑卒中家族史是卒中发生的独立危险因素[2]，具有脑卒中家族史的人群是脑卒中发生的高危人群。但目前还未有这种高危人群脑血管形态的研究。Willis环可通过血流转向而对脑血流低灌注做出反应。本单位流行病学调查发现天津蓟县某些农村地区的脑卒中年首发病率较高[3]。本文以脑卒中高危人群为研究对象，对其进行头CTA检查，以了解脑卒中高危人群颅内动脉Willis环的特点。

1 资料与方法

1.1 一般资料 在天津蓟县某些农村地区招募脑卒中家族史的志愿者（指应招人的父母或亲兄弟姐妹中存在脑卒中患者）：（1）18岁以上的常住人口；（2）无明显神经功能缺损（mRS≤2级）；（3）志愿来天津医科大学总医院接受影像学检查。最后共招募283人（男153人，女130人），年龄24~77岁，平均（50.8±10.5）岁。此研究得到了天津医科大学伦理委员会的支持，所有的参与者均签署了知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 影像学检查 所有参与者均行头CT及头CTA检查。然后对其脑血管疾病的发生进行鉴别与统计，并对颅内血管Willis环的形态进行分析。采用64层螺旋CT（CT750 HD，GE， America），先常规颅脑CT平扫，再行CTA扫描（范围从主动脉弓至头顶）。扫描阈值一旦超过50 HU，螺旋扫描即自动开始。扫描参数：管电压120 kV，管电流量180 mAs，准直64 mm× 0.625 mm，旋转时间0.5 s，螺距1.375。使用专用高压注射器以4 mL/s的流率经肘静脉团注碘普胺（370 mg/mL，Bayer）60 mL，并用40 mL生理盐水作为推进剂。CTA扫描所得原始图像在一个图像工作站（a GE Advantage Workstation）进行处理，获得冠状和矢状位多平面重建、最大强度投影（maximum intensity projections， MIP）和3D体积重建（3D volume-rendered， 3D VR）等。

1.2.2 相关研究的比较 把研究结果按照Li等[4]对160名中国人的研究数据进行筛选，并与之比较。

1.2.3 图像分析 所有Willis环的评估及测量根据源图像、3D VR和MIP图像进行。评测由一位神经外科主任和一位神经放射学家一起对图像进行分析，如果这两位专家的意见不统一，将会邀请其他神经放射学专家一起进行评估，直到结果一致。评估的血管主要包括双侧大脑前动脉交通动脉前段（A1）、前交通动脉（AcoA）、双侧后交通动脉（PcoA）和双侧大脑后动脉交通前段（P1）。本研究认为Willis环血管直径≥1 mm为正常。若血管直径<1 mm则认为发育不良；若血管在CTA上未显示则认为缺如。

Willis环的整体形态根据前循环和后循环部的完整性进行联合分析，并和健康中国人的研究比较。Willis环的整体形态分为3类，包括完全完整（EC）、部分完整（PC）和不完整（IC）。完全完整：前循环和后循环部的所有组成血管区段是可见和连续的，且血管直径至少1 mm。部分完整：Willis环的前部或后部通路，只要有一部分是完整的即可归入此类（完整部分血管连续且直径都>1 mm）。不完整：前部和后部通路都有缺陷的血管（非连续的，发育不良或缺如）存在。

1.3 统计学处理 使用SPSS 19.0软件处理。男女年龄比较采用独立样本的t检验。Willis环变异在性别间的比较采用 字2检验，若存在小于5的理论频数， 字2检验的P值采用Fisher精确检验的结果。Willis环变异随年龄的变化采用字2检验结果中Linear-by-Linear Association的结果。以双侧P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 Willis环的整体形态 两名女性分别因甲亢病史和对造影剂过敏，未行头CTA检查。最后，共281人（男153人，女128人）的头CT及CTA图像用于分析，年龄24~77岁，平均（50.9±10.5）岁，男女年龄比较差异无统计学意义（P=0.887）。Willis环不完整率为38.5%，完全完整率和部分完整率分别为13.5%和48.0%。男性和女性不完整率分别为34.6%和43.0%，比较差异无统计学意义（P=0.15）。因为≥65岁的人数较少，分析时和上一年龄组合并。可看出，随年龄增大，Willis环不完整率增大，但比较差异无统计学意义（P=0.78）。各年龄组女性的Willis环不完整率均高于男性，但比较差异无统计学意义（P>0.05）。Willi环整体形态与性别及年龄的关系见表1。

表1 Willis环的整体形态

2.2 和健康中国人比较 为和中国健康人群比较，本研究的人群按前人研究的纳入标准进行筛选：无短暂性脑缺血发作、急性缺血性中风或出血性中风病史；经检查没有致残性神经功能缺损[4]。其中209人（男116人，女93人）符合纳入标准，年龄24~70岁，平均（49.7±10.2）岁，男女年龄比较差异无统计学意义（P=0.76）。两组人群完全完整率和不完整率比较，差异均有统计学意义（P<0.001），见表2。

表2 与健康中国人比较 例（%）

2.3 缺血性卒中与非卒中人群比较 CT发现缺血性脑卒中共36人（12.8%，男21人，女15人），年龄36~77岁，平均（59.0±8.7）岁。缺血性卒中患者与非卒中人群的[不包括发生SAH的2人；男132人，女111人；平均（49.7±10.2）岁]Willis环比较差异无统计学意义，但缺血性卒中人群的平均年龄高于非卒中人群，比较差异有统计学意义（P<0.001），见表3。

表3 缺血性卒中和非卒中人群Willis环比较 例

3 讨论

早期Willis环的研究主要来自于尸体解剖，其局限可能在于福尔马林的浸泡使动脉血管失去真实形态。随着科技发展，越来越多的人使用影像技术对Willis环的形态进行研究[4-11]。

影像学研究提示不同健康人群Willis环完全完整率从27%到89.7%不等[4-6，10]，这种差异可能与人种、人群及判定方法相关。本研究的脑卒中高危人群的Wiilis环整体形态EC率只有13.5%，明显低于以往人群的研究。而且和中国一般健康人群相比，此高危人群Willis环不完整率较高，且差异有统计学意义。脑组织缺血时的血流代偿能力与血管是否存在及血管直径大小有关[12]。某些人Willis环具有足够的代偿能力，其发生脑卒中的危险较低[13]。颈内动脉严重狭窄的患者，可通过Willis环再分配血流而在一定程度上防止缺血事件的发生或进展[14]。从此研究看出，Wiilis环较高的不完整比例可称为其脑卒中发生发展的重要因素。有研究发现Willis环完整与否和年龄及性别存在一定的关系[6]，但此研究并未发现Willis环形态存在性别上的差异或随年龄而显著改变。Willis环的解剖变异很可能是基因决定的，在胚胎早期阶段已发育，出生后保持形态不变[15-16]。

此研究并未发现Willis环的某种变异形态在脑卒中家族史阳性志愿者的缺血性卒中与非卒中人群中存在明显差异，前文提示Willis环的变异很可能是基因决定的，这提示该人群中缺血性卒中与非卒中的人具有相似的遗传因素。但缺血性卒中人群的平均年龄高于非卒中人群（P<0.001），这提示年龄在脑卒中的发展中有着重要的作用。遗传与环境的相互作用是脑卒中发病的重要原因，由以上结果推测，相似遗传背景的人群随年龄增高，外部因素的累积作用在脑卒中的发展中越来越重要。

该研究应用头颈CTA技术发现在脑卒中高危人群中Willis环的变异可能在胚胎早期阶段已发育，在脑卒中的发展过程中有着不可忽视的作用。了解Willis环的变异对脑卒中的发展可以起到一定的预测作用，这在以往的研究中均未发现。该研究还提示随年龄发展，外部因素在脑卒中的发展中越显重要。

[1] Wong K S， Li H. Long-term mortality and recurrent stroke risk among Chinese stroke patients with predominant intracranial atherosclerosis[J].Stroke，2003，34（10）：2361-2366.

[2] Jousilahti P， Rastenyte D， Tuomilehto J， et al. Parental history of cardiovascular disease and risk of stroke. A prospective follow-up of 14371 middle-aged men and women in Finland[J]. Stroke，1997，28（7）：1361-1366.

[3] Wang J， Ning X， Yang L， et al. Sex differences in trends of incidence and mortality of first-ever stroke in rural Tianjin， China， from 1992 to 2012[J]. Stroke，2014，45（6）：1626-1631.

[4] Li Q， Li J， Lv F， et al. A multidetector CT angiography study of variations in the circle of Willis in a Chinese population[J]. J Clin Neurosci，2011，18（3）：379-383.

[5] Macchi C， Catini C， Federico C， et al. Magnetic resonance angiographic evaluation of circulus arteriosus cerebri （circle of Willis）： a morphologic study in 100 human healthy subjects[J]. Ital J Anat Embryol，1996，101（2）：115-123.

[6] Krabbe-Hartkamp M J， van der Grond J， de Leeuw F E， et al. Circle of Willis： morphologic variation on three-dimensional time-of-flight MR angiograms[J]. Radiology，1998，207（1）：103-111.

[7] Hartkamp M J， van Der Grond J， van Everdingen K J， et al.Circle of Willis collateral flow investigated by magnetic resonance angiography[J]. Stroke，1999，30（12）：2671-2678.

[8] Jongen J C， Franke C L， Soeterboek A A， et al. Blood supply of the posterior cerebral artery by the carotid system on angiograms[J]. J Neurol，2002，249（4）：455-460.

[9] Jongen J C， Franke C L， Ramos L M， et al. Direction of flow in posterior communicating artery on magnetic resonance angiography in patients with occipital lobe infarcts[J]. Stroke，2004，35（1）：104-108.

[10] Tanaka H， Fujita N， Enoki T， et al. Relationship between variations in the circle of Willis and flow rates in internal carotid and basilar arteries determined by means of magnetic resonance imaging with semiautomated lumen segmentation： reference data from 125 healthy volunteers[J]. AJNR Am J Neuroradiol，2006，27（8）：1770-1775.

[11] Kovac J D， Stankovic A， Stankovic D， et al. Intracranial arterial variations： a comprehensive evaluation using CT angiography[J]. Med Sci Monit，2014，1（20）：420-427.

[12] Mull M， Schwarz M， Thron A. Cerebral hemispheric low-flow infarcts in arterial occlusive disease. Lesion patterns and angiomorphological conditions[J]. Stroke，1997，28（1）：118-123.

[13] Hoksbergen A W， Legemate D A， Ubbink D T， et al. Collateral variations in circle of willis in atherosclerotic population assessed by means of transcranial color-coded duplex ultrasonography[J]. Stroke，2000，31（7）：1656-1660.

[14] Sallustio F， Kern R， Gunther M， et al. Assessment of intracranial collateral flow by using dynamic arterial spin labeling MRA and transcranial color-coded duplex ultrasound[J]. Stroke，2008，39（6）：1894-1897.

[15] Milenkovic Z， Vucetic R， Puzic M. Asymmetry and anomalies of the circle of Willis in fetal brain. Microsurgical study and functional remarks[J]. Surg Neurol，1985，24（5）：563-570.

[16] Iqbal S. A comprehensive study of the anatomical variations of the circle of willis in adult human brains[J]. J Clin Diagn Res，2013，7（11）：2423-2427.