三维时间飞跃法磁共振血管成像评价正常成人大脑动脉环变异的重要性*

张 玲 祁 鸣* 顾培玉

三维时间飞跃法磁共振血管成像评价正常成人大脑动脉环变异的重要性*

张 玲①祁 鸣①*顾培玉②

目的：探讨正常成人体检行三维时间飞跃法(3D-TOF)磁共振血管造影(MRA)检查时大脑动脉环(Willis环)变异情况及其临床意义。方法：回顾性分析接受体检3D-TOF MRA检查的442名正常成人体检者的MRA图像，运用后处理软件分析其血管形态特点。结果：442名体检者中，发现152例Willis环变异者，其中大脑前动脉(ACA)A1段的缺如占10.53%(16/152)，A1段发育不良占36.18%(55/152)，A1段开窗占3.29%(5/152)，A1段的发育不良或缺如与同侧PCoA增粗呈正相关；A2段变异占15.13%(23/152)；ACoA段变异者占4.61%(7/152)；PCoA段增粗占66.45%(101/152)，且女性大于男性；P1段变异占44.74%(68/152)。结论：体检3D-TOF MRA检查可清晰显示正常成人Willis环的变异，为临床相关疾病提供指导价值。

磁共振血管成像；三维时间飞跃法；大脑动脉环；体检

[First-author’s address] Department of Radiology, The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University, Nanjing 210029, China.

随着社会经济的发展以及医学模式的转变，健康体检作为一项重要的预防保健措施越来越受到广大人民群众的青睐。尽管现有的医疗保健模式提倡实现从经验型的被动保健转变为科学型的主动保健，但由于经济条件受限等因素影响，大部分健康体检仍停留在使用常规检查层面，只有少数体检人群接受诸如磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)等体检。大脑动脉环(Willis环)是联系大脑前、后循环的重要侧支循环，对脑血管系统的循环储备起着非常重要的作用，Willis环变异常存在于正常个体中，其变异的情况对颅内动脉血流动力学的改变产生重要的影响，有文献提出其直接影响脑动脉疾病的发生、发展和预后[1]。本研究收集442名接受三维时间飞跃法(3D-time of flight，3D-TOF)MRA检查的体检者资料，探讨此项检查对检出Willis环变异情况的作用。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2012年9月至2013年6月接受体检脑血管MRA检查的442名体检者资料，其中男性、女性各221名；年龄20～74岁，平均年龄为(50.8±10.1)岁。所有入选者均因健康体检入选，扫描范围包括组成Willis环的各血管段，所得MRA图像均符合诊断要求。

表1 ACA-A1段变异分布[%(例)]

1.2 扫描参数及检查方法

使用Siemens Magnetom Trio 3.0T MRA仪，扫描序列为3D-TOF MRA，使用头部八通道线圈，检查者仰卧位，头先进。所有检查者于扫描前嘱其头不能动，检查时轻戴耳塞，头部使用海绵固定，所有检者均不注射造影剂。扫描参数：重复激发时间(TR)为22 ms，回波时间(TE)为3.6 ms，反转角18o，矩阵210×190，层厚0.55 mm。对3D TOF数据采用最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)后处理重建方法，获得MIP图像。

1.3 图像分析

所获图像经由2名经验丰富的副主任医师采用双盲法阅片，对于组成Willis环的各血管段联合采用3D TOF MIP及3D TOF源图像进行评价，对于2名医师的结论不一致者，经讨论达成共识。Willis环各段血管的起止点主要通过用示踪法分析3D TOF源图像来确定。规定只有Willis环各血管段显示完全并且起止点能明确判断出的才能确定该血管存在，否则则认为该段血管存在变异[2]。

1.4 变异类型

大脑前动脉(anterior cerebral artery，ACA)第1段(A1段)变异包括发育不良、缺如及开窗；第二段(A2段)变异包括共干、三分支甚至多分支及近端开窗；前交通动脉(anterior communicating artery，ACoA)变异包括开窗及双支；大脑后交通动脉(posterior communicating artery，PCoA)段变异基本上都为增粗；大脑后动脉(posterior cerebral artery，PCA)第1段(P1段)变异大都表现为发育不良或缺如。

1.5 统计学方法

采用SPSS 16.0统计软件对数据进行统计分析，计数资料采用x2检验分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 ACA和ACoA变异

本研究ACA变异包括A1段变异和A2段变异，其中ACA-A1段变异中发育不良55例(占36.18%)、缺如16例(占10.53%)及开窗5例(占3.29%)3种；55例发育不良中2例为左右双侧发育不良，其余均为单侧(53例)，如图1、图2所示。

图1 右侧A1段发育不良伴同侧PCoA增粗MRA影像图

图2 左侧A1段开窗MRA影像图

ACA-A1段变异其左右侧和性别的发生率差异性分析显示，A1段发育不良在性别上无显著性差异，但在左右侧存在差异显著，具有统计学意义(x2=20.42，P＜0.05)；A1段缺如在性别和左右侧上差异均无统计学意义(x2=0.259，x2=1.018；P＞0.05)(见表1)。

图1显示，A1段发育不良和缺如常伴有同侧PCoA段的增粗，就二者关系而言，A1段发育不良和缺如两组的PCoA增粗的比较差异有统计学意义(x2=4.009，P＜0.05)，表明A1段缺如比发育不良更多合并同侧PCoA的增粗(见表2)。

表2 ACA-A1段发育情况与PCoA段变化的关系[%(例)]

A2段变异23名，占15.13%，其中三分支16名，占10.53%；多分支1名，占0.65%；共干5名，占3.29%；近端开窗1名，占0.65%(如图3所示)。

ACoA变异7例，占4.61%。其中开窗3例，占1.97%；双支4例，占2.63%(如图4所示)。

表3 PCoA段与P1段变异分布[%(例)]

图3 A2段三分支MRA影像图

图4 ACoA双支MRA影像图

2.2 PCA和PCoA变异

大脑后动脉P1段的变异表现为发育不良63例(占92.65%)；或缺如5例(占7.35%)；PCoA变异均表现为血管增粗101例(占66.45%)，如图5所示。

图5 左侧PCoA增粗MRA影像图

其左右侧和性别的发生率差异性，可以看出PCoA变异在性别和左右侧别上均有显著性差异(x2=8.021，x2=4.480；P＜0.05)(见表3)。

所有P1段的发育不良或缺如均伴随着同侧PCoA的增粗，即胚胎型大脑后动脉(fetaltype PCA, FTP)，本研究中出现的FTP有单侧胚胎性者为52例，占76.47%；双侧胚胎性者为16例，占23.53%(如图6所示)。

3 讨论

图6 右侧FTP MRA影像图

Willis环是由ACA第1段(A1段)、ACoA、大脑中动脉(middle cerebral artery，MCA)第1段(M1段)、PCoA和PCA第1段(P1段)组成的1个环形结构，位于脑底下方、蝶鞍上方，环绕视交叉、灰结节及乳头体。Willis环是颅内重要的侧枝循环，解剖形态完整的Willis环可通过其潜在的代偿功能，维持病变区域的血流供应，从而减少对脑组织的损伤[3-4]。Willis环变异的形态多样、变异发生率很高。研究证实，Willis环变异与颅内动脉瘤的发生有密切关系，发生机制可能与环的变异引起颅内动脉血流动力学的改变有关，造成某些特殊动脉段受到血流冲击力增加导致动脉瘤的发生，Willis环的变异值得研究[5-6]。早期主要是基于对Willis环的解剖研究，并且样本量较小，不能完全体现Willis环在生理状态下的血流动力学变化。随着医学影像技术的发展，目前应用到Willis环动脉形态学研究上的方法有很多，如经颅多普勒(transcranial Doppler, TCD)、计算机断层成像血管造影(computed tomography angiography，CTA)、MRA及数字减影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)。TCD虽然对血流敏感，但其密度分辨率较低，对血管直径的测量也不可靠。CTA需静脉注射对比剂，虽然具有较高的时间和空间分辨率、对Willis环血管及其病变可以进行三维立体结构的显示，对于某些脑血管疾病的显示甚至超过了DSA，但其有辐射损伤[7]。DSA可对组成Willis环各段动脉进行多方位动态观察，但其对某些部位的造影检查往往需要进行多次造影，存在较大的辐射损伤[8]。

3D-TOF MRA技术基于血液流动效应能显示直径＞0.7 mm以上脑动脉分支，提供了一种在活体状态下无创性研究Willis环的方法且无射线辐射，即可清晰地显示Willis环各血管段的形态结构及变异情况。Gnhn等[9]研究认为，对于Willis环变异的研究，在检查手段筛选上，MRA优于TCD和DSA。相比而言，通过MRA中的MIP图像仅需一次成像即能显示Willis环的全貌，因此认为MRA是从功能上评价Willis环变异的首选检查。

Willis环存在广泛变异，目前已有的Willis环形态变异分类方法很多，但多数分类方法较简单，仅将Willis环的整体完整与否体现出来，Willis环各段变异情况却体现不出来。本研究统计了Willis环各段的变异情况，包括A1段变异、A2段变异、ACoA变异、PCoA变异、P1段变异和各段变异在性别及左右侧别差异，以及前后环变异的相关性。受检人群Willis环变异者中前循环存在明显左侧优势，具有统计学意义，这可能同人群中右手灵活性较高，大脑优势半球多位于左侧有关，人体左脑较右脑活跃需要更多的能量供应。本研究还发现A1段发育不良或缺如与同侧PCoA增粗呈相关性，并且A1段缺如组出现同侧PCoA增粗的比例高于发育不良组，表明A1段发育越差则出现同侧PCoA增粗的比例越高。二者之间的这种关系可以从Willis环胚胎发育的角度来解释，当一侧A1段发育不良或缺如，势必增加同侧ICA的血液流向PCoA，导致PCoA增粗。同时又因为VBA系发育较ICA系晚，而PCA系起源于VBA系，PCoA的增粗代替或部分代替了VBA起源的PCA的发育，导致FTP的形成。有文献报道A1段变异主要有发育不良、缺如及窗式变异3种，PCA变异主要为FTP，本组结果与文献报道一致[10]。有研究显示，A2段的变异类型主要有共干及多通道，本组还发现了窗式变异1名。本研究对很少见有报道的ACoA开窗及双支变异均有发现。

后循环主要表现为PCoA和P1段的变异，Bugnicourt等[11]提出PCoA和(或)P1段的变异与偏头痛有关。本研究结果表明，所有P1段的发育不良或缺如均伴随着同侧PCoA的增粗，即FTP，这能够起到很好的代偿保护作用，及早注意PCoA的开放情况有助于对疾病的预测。本研究显示，PCoA的增粗存在性别上的显著性差异，女性变异率远大于男性，其临床意义有待进一步探讨。有报道称，FTP的形成存在左右侧别差异，右侧FTP较左侧比例高，这同A1段发育不良或缺如多发生在右侧有关，本研究显示无左右侧别差异，可能与样本量较小，存在偶然性相关[12]。

4 结论

通常检查者均因有相关临床表现、临床高度怀疑有血管病变时方进行MRA检查，本研究专门针对健康成人查体者行MRA检查，能够基本代表健康成人的Willis环变异情况，并且将Willis环细化到各段评价其变异情况，以前仅有数篇MRA或CTA关于健康成人Willis环变异情况的报道[13]。显微解剖发现，有50%以上的正常人存在Willis环变异，如此高的变异率，是导致脑血管病发生的主要因素[14]。目前，关于ACA与ACoA瘤形成有关的报道有很多，但对ACA形态学特点的研究很少，对ACA形态学变异的研究更少。本研究将Willis环各组成血管段的形态变异进一步细化分类，为今后神经内、外科对Willis环变异与脑血管疾病的发病机制研究提供参考依据[15-16]。

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Investigation of morphologic variations of circle of Willis using 3D-TOF MR angiography in medical examination and its importance

ZHANG Ling, QI Ming, GU Pei-yu

China Medical Equipment,2015,12(6):4-8.

Objective: To investigate morphologic variations of circle of Willis in healthy adults using 3D-TOF MR angiography in medical examination and its clinical significance. Methods: To analyze the characteristics of the vascular morphology in 442 healthy adults of head 3D-TOF MRA in the post processing workstation retrospectively. Results: All the 442 cases, the variations of circle of Willis were found in 152,the variations of A1, A2, ACoA, PCoA, P1 were found in 76(50.00%), 23(15.13%), 7(4.61%), 101(66.45%), 68(44.74%). The variation of A1 was positively correlated with PCoA, the variation of PCoA in female was more than in male. Conclusion: Medical examination-3D-TOF MRA has important value to display morphologic variations of circle of Willis in healthy adults, which can provide important guide value in the clinical.

Magnetic resonance angiography; 3D-time of flight; Circle of willis; Physical examination

张玲,女,(1981- ),硕士，主管技师。南京医科大学第一附属医院放射科，研究方向：医学影像技术。

1672-8270(2015)06-0004-05

R445.2

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.002

2014-12-15

江苏高校优势学科建设工程(JX10231801)“临床医学”

①南京医科大学第一附属医院放射科 江苏 南京 210029

②南京医科大学附属省口腔医院放射科 江苏 南京 210029

*通讯作者：qiming07090917@163.com