大脑前动脉A1段发育不良和分叉角度与前交通动脉瘤形成的相关性

王 莉 施 昭 孔 祥 杨 柳 刘 亚 罗 松 张龙江*

(南京大学医学院附属金陵医院/东部战区总医院放射诊断科，南京 210002)

颅内动脉瘤在普通人群中发生率约2%～3%[1]。颅内动脉瘤破裂约占自发性蛛网膜下腔出血的75%～85%[2-3]。计算机断层扫描(computed tomography，CT)可以发现几乎所有的动脉瘤破裂[4]。前交通动脉复合体是颅内动脉瘤最好发的部位之一[5-7]，研究[6-7]显示前交通动脉瘤(anterior communicating artery aneurysm，ACoA)占所有颅内动脉瘤的25%。越来越多的研究[8-10]关注ACoA形成的相关因素，发现大脑前动脉A1段发育不良与ACoA的发生密切相关。推测可能的原因是，在A1段发育不良患者中，对侧A1段血流灌注双侧大脑前动脉区域，血流通过前交通动脉时压力增加，血流动力学异常，可能导致动脉瘤的形成。还有研究[11-12]显示分叉角的改变与血流动力学应力的显著改变相关，如较小的大脑前动脉A1/A2角与ACoA相关[13-15]，进而促使动脉瘤形成。然而上述研究[11-15]样本量较小，动脉瘤患者和对照组性别和年龄存在偏倚。本研究通过设置年龄和性别匹配的正常对照组比较前交通动脉瘤组和对照组A1段发育不良或缺如的患病率以及患侧大脑前动脉分叉角度，进一步证实大脑前动脉分叉几何结构与ACoA形成的相关性，为预测ACoA发生及指导监测提供依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

收集东部战区总医院2010年1月至2017年3月期间怀疑颅内动脉瘤接受了颅脑计算机断层扫描血管成像(computed tomography angiography, CTA)和数字减影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)或手术确诊的ACoA患者为研究对象。动脉瘤组纳入标准：诊断为前交通动脉分叉部动脉瘤。排除标准:侧壁和血栓性动脉瘤; CTA影像质量不佳、不全及图像无法获取;烟雾病、血管畸形等影响前循环血管结构;血流动力学失败。共有272例前交通动脉分叉部动脉瘤被纳入动脉瘤组(病例组)。患者年龄22～84岁，平均年龄(54±11)岁，女性占55.15%。根据前交通动脉分叉部动脉瘤患者的年龄和性别组间匹配的原则，选取正常对照组272例。正常对照组纳入标准：行头颅CTA检查的正常患者。排除标准：前交通动脉未开放；前交通动脉瘤相对应发生部位侧A1段缺如；CTA影像质量不佳、不全及图像无法获取。

1.2 头颅CTA扫描及设备参数

所有颅脑CTA检查均在西门子双源64层螺旋CT(Siemens公司，德国)和西门子128层双源炫速螺旋CT(Siemens公司，德国)进行，先做颅脑平扫CT后再进行增强CT。扫描参数：西门子双源64层CT，管电压120 kV，参考管电流140～180 mAs，准直器宽度64 mm×0.6 mm，旋转时间0.5 s，螺距1.2。西门子128层双源炫速CT，准直器宽度128 mm×0.6 mm，管电压120 kV，参考管电流140～180 mA，旋转时间0.5 s，螺距：1.2。对比剂采用非离子型对比剂碘普罗胺(德国拜耳先灵医药公司，碘含量300 mgI/mL)，经肘静脉注射60 mL，注射流率为4.0 mL/s。采用团注示踪技术触发CT扫描，将兴趣区放置在颈内动脉近端，当CT值达到100 HU阈值3 s后开始图像采集，采集时间3～5 s。

1.3 头颅CTA血管重组和Willis前环变异构型

所有的头颅血管重组图像在西门子后处理工作站(Siemens公司，德国)的Neuro DSA application中完成去骨操作，得出容积再现图像，测动脉瘤组患者动脉瘤体的最大径。Willis前环A1段的变异最常见的是发育不良或缺如，由一位经验丰富的放射科医师评估动脉瘤组和对照组A1段发育情况：分为标准均衡型、发育不良型和缺如型。大脑前动脉A1段发育不良定义：直径≤对侧A1段直径的50%[12]。A1段发育正常称为完整Willis前环，A1段发育不良或缺如称为不完整Willis前环。Willis前环的不同构型如图1。

图1 Willis前环3种不同构型示意图

1.4 大脑前动脉分叉角度测量

从后处理工作站导出薄层去骨图像，至Mimics软件(Version 16.0)确定前交通动脉瘤的具体位置后，由一位经验丰富的放射科医师对动脉瘤组和对照组分别进行大脑前动脉分叉部角度测量。测量的患侧角度包括：A1段与前交通动脉(anterior communicating artery，Acom)之间(A1/Acom)、A2段与Acom之间(A2/Acom)以及A1与A2段之间(A1/A2)形成的夹角。A2/Acom分叉角测量是根据A1远侧分叉端中心点分别连至A2段和Acom中心轴所构成的夹角。A1/Acom角和A1/A2角以类似方式测量[16]。根据动脉瘤所在的分叉部位，用同样方法测量正常对照组病例的角度(图2)。

图2 动脉瘤组和对照组分叉角度测量示意图

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 两组对象基本特征分析

动脉瘤发生在前交通动脉左分叉部193例，占70.96%，发生在右分叉部79例，占29.04%。252 例(92.65%)前交通动脉瘤破裂并发蛛网膜下腔出血，动脉瘤中位最大径为4.54(3.64,6.01)mm。

2.2 A1段发育特征与前交通动脉瘤的关系

在动脉瘤组中A1段发育不良或缺如病例229例，占84.19%，其中位于患侧对侧的A1段发育不良或缺如病例223例，而患侧A1段发育不良的病例仅有6例，未见A1段缺如。在对照组中A1段发育不良或缺如的病例126例，A1段发育正常的则占53.68%。动脉瘤组A1段发育不良或缺如的比例明显高于对照组，差异有统计学意义(P<0.001)，详见表1。

表1 动脉瘤组和对照组患者的A1段发育特征

2.3 大脑前动脉分叉角度前交通动脉瘤的关系

动脉瘤组患侧A2/Acom角度125.01(108.89,144.55)°，大于对照组的101.44(91.30,115.17)°，A1/A2角度小于对照组，差异均有统计学意义(P<0.001)。动脉瘤组患侧A1/Acom角度小于对照组，差异有统计学意义(P=0.05)，详见表2。

表2 动脉瘤组和对照组A1分叉角度评估

2.4 A1段发育特征及大脑前动脉分叉角度与前交通动脉瘤的关系的多因素分析

多因素Logistic回归分析显示，A1段发育不良(OR=3.27，P<0.001)、A1段缺如(OR=12.634，P<0.001)及A2/Acom分叉角(OR=1.026，P<0.001)与前交通动脉瘤有关系(表3)。

表3 预测AcoA形成的逻辑回归分析结果

3 讨论

本研究通过前交通动脉瘤组与性别和年龄组间匹配正常对照组的比较研究发现，Willis前环中对侧A1段发育不良或缺如、较宽的A2/Acom分叉角、较小的A1/A2和A1/Acom分叉角与前交通动脉分叉部动脉瘤的形成有关，且A1段发育不良或缺如及A2/Acom分叉角是前交通动脉瘤形成的独立风险预测因子。本研究的创新点在于设定了正常对照组患者的年龄和性别与动脉瘤组相同，排除了对照组年龄和性别偏移对本研究的影响。

大脑前动脉A1段发育不良是一种常见的解剖变异，常出现在前交通动脉瘤患者中，A1段直径≤对侧A1段直径的50%定义为A1段发育不良[16-19]。本研究比较了A1段发育不良或缺如在年龄和性别匹配的前交通动脉瘤组和对照组中的发生率，发现动脉瘤组发生率明显高于对照组，且动脉瘤组A1段发育不良或缺如大部分发生在对侧，同侧仅占2.21%。研究[8,17,19]结果表明前交通动脉瘤患者中A1段发育不良的发生率从24%到90%不等。Cornelissen等[19]对完整和不完整Willis环患者的流动和速度波形研究表明对侧A1缺如或发育不良的A1节段的血流速度较高，这可能会导致前交通动脉复合体动脉瘤的形成。本研究结果与以往研究[17-19]结果一致。可能的原因是，在A1段发育不良或缺如的患者中，对侧A1血流灌注双侧大脑前动脉区域，血流通过前交通动脉时血流动力学压力增加，从而促进前交通动脉瘤的发生。

正常大脑动脉分叉的存在是为了维持血管壁剪切应力和其他血流动力学应力在最佳水平以减少能量损失[20]。然而，主动脉瘤动脉分叉处，负责控制动态血管调节过程的潜在机制被破坏[21]。动脉分叉的几何形状，包括动脉角度和血管直径，与导致动脉瘤发生和发展的血流动力学变化有关。研究[12,14]报道血管分叉处的血流动力学应力在动脉瘤形成中起着重要作用，分叉角的改变与血流动力学应力的显著改变相关。本研究评估了272例前交通动脉分叉部动脉瘤和272例对照，发现动脉瘤组患侧A2/Acom角度明显大于对照组，A1/A2角度明显小于对照组，A1/Acom角度小于对照组，这与以往的一些研究[14-15]结果一致。Zhang等[14]在多变量分析中，A2/Acom角度与ACoA显著相关。Ye等[13]研究证实前交通动脉瘤组平均A1/A2角明显小于非前交通动脉瘤组。Zhang等[15]通过对前交通动脉瘤组与非前交通动脉瘤组和无动脉瘤组比较亦显示前交通动脉瘤组有较小的A1/A2角和较大的A2/Acom角。该研究结果显示年龄和Acom/A2角之间具有显著的线性相关性，这提示老年人大脑前动脉分叉角较宽(Acom/A2)，即随着年龄的增长，动脉分叉角(Acom/A2)变大，引起血流动力学改变，从而引发动脉瘤形成。本研究首次设定了正常对照组的年龄和性别与动脉瘤组相同，排除对照组年龄和性别偏移对研究造成的影响，进一步证实了上述影响因素的存在。

本研究结果显示更大的大脑前动脉Acom/A2角、更小的A1/A2角更可能引起前交通动脉瘤，表明血流对大脑前动脉的影响随着上述分叉角的变化而增大，导致动脉壁动脉瘤样扩张，增加动脉瘤形成风险。动脉分叉尖由一窄束密集堆积的胶原纤维覆盖在分叉内侧垫层，保护分叉顶端免受血流动力学的影响，并提供该区域的强度和刚度[21-22]。随着Acom/A2分叉角增大，分叉顶点处血流动力学应力的增加和流动冲击区的扩大，可能对胶原纤维保护区域以外的血管顶壁造成更大损伤，导致与内侧垫块相邻的无保护区域前交通动脉瘤的发生和发展。此外，分叉角还影响分叉顶点附近的流动方向和涡流的形成。Acom/A2分叉角缩小对层流干扰最小，分叉角越大，涡流越大，这意味着更大的Acom/A2分叉角可以促进血液流动产生更大的涡流横跨撞击点，导致血管壁损伤，动脉壁隆起形成动脉瘤。

本研究存在一定的局限性。首先，本研究为横断面回顾性研究，缺少前瞻性研究设计对本研究结果的验证。其次，正常对照组的选择是根据病例报告结论筛选的，存在潜在的选择偏倚。最后，较大动脉瘤对分叉角有一定影响。

总之，本研究表明前交通动脉瘤与A1段发育不良或缺如(尤其对侧)、较大的A2/Acom分叉角、较小的A1/A2和A1/Acom分叉角相关，且A1段发育不良或缺如及A2/Acom分叉角是前交通动脉瘤形成的独立风险预测因子。建议临床上应该对A1段发育不良或缺如和/或具有较宽大脑前动脉分叉角(A2/Acom)的患者进行定期随访，以便早期发现前交通动脉瘤的形成。