頸內(nèi)動(dòng)脈分叉處動(dòng)脈瘤的血流動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)

薛絳宇 白衛(wèi)星 王子亮 李釗碩 李立 曹廣劭 曹會(huì)存 翟水亭 李天曉

動(dòng)脈分叉是血管網(wǎng)中血流動(dòng)力壓力最大的位置，由于血流動(dòng)力削弱了動(dòng)脈分叉頂點(diǎn)的血管結(jié)構(gòu)，在動(dòng)脈分叉頂點(diǎn)就會(huì)形成囊狀動(dòng)脈瘤。動(dòng)脈瘤囊內(nèi)的渦流和震動(dòng)導(dǎo)致動(dòng)脈瘤壁變性、變薄、增大。頸內(nèi)動(dòng)脈分叉 (internal carotid artery bifurcation, ICBi) 動(dòng)脈瘤的發(fā)生率較低，甚至在頸內(nèi)動(dòng)脈(internal carotid artery, ICA)發(fā)出的動(dòng)脈瘤中也屬少見，大約占顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的3%～5%，然而，我們觀察到ICBi動(dòng)脈瘤的瘤頸并不位于頸內(nèi)動(dòng)脈分叉頂點(diǎn)(the apex of the arterial bifurcation)，而是偏向大腦前動(dòng)脈一側(cè)。我們總結(jié)了這些動(dòng)脈瘤的特點(diǎn)，并且分析了血流動(dòng)力學(xué)原因。

材料與方法

從2004年10月到2009年6月，我院共治療破裂出血的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者577人，有18人（3.1%）患ICBi動(dòng)脈瘤，其中男7人，女11人，年齡31～78歲，平均50.5歲。18人中有2人患多發(fā)動(dòng)脈瘤，1人伴有同側(cè)大腦中動(dòng)脈M2段動(dòng)脈瘤和對(duì)側(cè)后交通動(dòng)脈瘤，1人伴有同側(cè)后交通動(dòng)脈瘤。18個(gè)ICBi動(dòng)脈瘤中10個(gè)在左側(cè)，8個(gè)右側(cè)。18人都經(jīng)歷了動(dòng)脈瘤破裂的蛛網(wǎng)膜下腔出血，兩個(gè)多發(fā)動(dòng)脈瘤患者都是后交通動(dòng)脈瘤出血，檢查發(fā)現(xiàn)了額外的ICBi動(dòng)脈瘤，其余16人都是ICBi動(dòng)脈瘤出血。入院時(shí)Hunt and Hess分級(jí)Ⅰ級(jí)2人，Ⅱ級(jí)8人，Ⅲ級(jí)6人，Ⅳ級(jí)2人。所有18人均經(jīng)過數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)檢查，并且都制作了三維圖像。16人進(jìn)行了介入栓塞術(shù)治療，2人行開顱夾閉手術(shù)。16個(gè)患者恢復(fù)良好，1個(gè)患者介入術(shù)中出血形成顱內(nèi)血腫，又經(jīng)過顱內(nèi)血腫清除術(shù)，遺留中等殘疾，1個(gè)開顱手術(shù)患者因手術(shù)中大出血，術(shù)后5天死亡。

ICBi動(dòng)脈瘤的特點(diǎn)經(jīng)過DSA評(píng)估，采用Intergris Allura C型臂（Philips Medical Systems，Best，the Netherlands）DSA機(jī)和Siemens Asiom Artis 平板DSA機(jī)，測(cè)量了動(dòng)脈瘤的瘤體直徑、瘤頸寬度，大腦前動(dòng)脈水平段(A1段)和大腦中動(dòng)脈水平段(M1段)的管徑，瘤頸中點(diǎn)距離頸內(nèi)動(dòng)脈頂點(diǎn)的長(zhǎng)度，對(duì)比了大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈分別由頸內(nèi)動(dòng)脈發(fā)出后形成的彎曲度，注意了動(dòng)脈瘤的生長(zhǎng)方向。

根據(jù)動(dòng)脈瘤頸和頸內(nèi)動(dòng)脈分叉處幾個(gè)血管的關(guān)系，我們把ICBi動(dòng)脈瘤進(jìn)行分類：當(dāng)動(dòng)脈瘤頸位于頸內(nèi)動(dòng)脈頂點(diǎn)的稱為IC-Bi型動(dòng)脈瘤，位于大腦前動(dòng)脈的稱為IC-A-Bi型，位于大腦中動(dòng)脈的稱為IC-M-Bi型。

性別 年齡 側(cè)別 突出方向 瘤體最大徑(mm) 瘤頸寬度(mm) 瘤頸中點(diǎn)與分叉頂點(diǎn)距離(mm) 大腦中動(dòng)脈直徑(mm) 大腦前動(dòng)脈直徑(mm)1 男 43 右 上 15.05 6.21 0 2.55 2.37 2 女 49 左 后 2.45 1.86 2.24 3.24 2.27 3 男 31 左 前上 9.72 2.49 1.1 2.93 2.18 4★ 女 58 左 后下 4.25 2.06 1.9 2.46 2.13 5 女 53 左 后下 7.98 2.09 1.7 2.39 2.66 6 男 37 右 后 5.16 3.24 1.79 2.34 1.83 7 女 44 右 后下 7.08 1.51 2.83 3.67 2.13 8★ 女 55 右 后上 3.75 1.82 1.24 2.81 3.08 9 男 50 左 后下 4.42 2.82 2.31 2.4 1.92 10 女 52 左 后下 4.29 1.46 1.42 3.7 1.78 11 女 78 右 上 4.40 2.81 2.44 3.37 3.06 12 女 63 左 后下 5.53 2.47 1.6 3.55 1.98 13 女 50 右 后下 4.43 2.33 1.82 2.99 2.19 14 男 38 左 后下 6.26 2.13 1.87 2.32 2.13 15 男 48 左 上 5.59 1.64 0 2.38 1.77 16 女 35 左 后上 2.77 2.2 2.1 2.82 1.89 17 男 58 右 后下 4.92 2.71 2.91 3.25 2.41 18 女 68 右 后上 5.22 3.31 1.68 3.64 2.14

結(jié)果

患者發(fā)病時(shí)的年齡31～78歲，平均50.5±11.9歲。

IC-Bi型動(dòng)脈瘤2例，IC-A-Bi型16例，IC-M-Bi型0例。

動(dòng)脈瘤體的最大直徑為2.45～15.05 (平均5.74±2.91)mm，瘤頸寬度1.46～6.21 (平均2.51±1.07)mm。動(dòng)脈瘤頸中心距離頸內(nèi)動(dòng)脈分叉頂點(diǎn)0～2.91(平均1.72±0.79)mm。

大腦前動(dòng)脈水平段管徑1.77～3.08(平均2.22±0.37)mm，大腦中動(dòng)脈水平段管徑2.32～3.64(平均2.93±0.51)mm。

動(dòng)脈瘤向前或向上生長(zhǎng)的4例，向后上、后、或后下生長(zhǎng)的14例。

17例患者的大腦前動(dòng)脈由頸內(nèi)動(dòng)脈發(fā)出后形成的彎曲明顯大于大腦中動(dòng)脈的彎曲度，1例大腦前動(dòng)脈由頸內(nèi)動(dòng)脈發(fā)出后徑直走向前內(nèi)側(cè)，沒有形成彎曲。

討論

ICBi動(dòng)脈瘤發(fā)生率較低,約占顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的3%～5%[1,2],但2007年Sunil Kumar GUPTA等[3]報(bào)道999個(gè)手術(shù)治療的動(dòng)脈瘤患者中有89人（8.9%）患ICBi動(dòng)脈瘤，而且其中42人在30多歲或者更年輕，手術(shù)后出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥者達(dá)到31.4%。2008年van Rooij WJ等[4]報(bào)道了50例ICBi動(dòng)脈瘤（46人）的介入栓塞治療，占同期2249個(gè)動(dòng)脈瘤的2.4%，其中7個(gè)動(dòng)脈瘤（14%）進(jìn)行了再次手術(shù)治療。我們治療這些動(dòng)脈瘤時(shí)也發(fā)現(xiàn)有特殊的技術(shù)困難，與動(dòng)脈瘤的位置關(guān)系密切，所以我們回顧了18個(gè)ICBi動(dòng)脈瘤患者（占同期患者的3.1%）的疾病特點(diǎn)，并從流體力學(xué)的角度對(duì)該部位動(dòng)脈瘤作了分析。

圖1 大型動(dòng)脈瘤，瘤頸范圍包括了A1和M1起始部分。

圖2 A1段徑直走向前內(nèi)，沒有形成彎曲。動(dòng)脈瘤位于ICBi的頂點(diǎn)。

圖3 動(dòng)脈瘤位于A1起始段，突向后上。

圖4 動(dòng)脈瘤位于A1起始段，突向后下。

圖5 動(dòng)脈瘤位于A1起始段，突向后上。

在血管壁上主要有三種血流動(dòng)力學(xué)的作用力：沖擊力、壓力和剪切力。1997年Foutrakis GN等[5]在有限元法分析計(jì)算機(jī)腦血流模擬試驗(yàn)中，證明沖擊力對(duì)血管分叉的作用。假設(shè)血管是剛性圓管,圓管中的血流是層流,那么中心血流(central blood flow streams)的流速最大，在血管分叉頂點(diǎn)(the apex of the arterial bifurcation)，由于受到中心血流沖擊，跨壁壓力比近端母血管的跨壁壓高2～3倍；而心肌收縮使分叉區(qū)形成一個(gè)搏動(dòng)性刺激，沖擊力的峰值很高，因?yàn)闆_擊時(shí)間很短，對(duì)于特定量的變化，沖擊時(shí)間短則輸出更高的力。在沖擊時(shí)，分叉頂點(diǎn)的動(dòng)能改變?yōu)閴毫δ埽ㄍ毫Γ?，其他區(qū)域的血管沒有這種額外的壓力，作用在頂點(diǎn)的全部壓力等于跨壁壓與停滯力之和。中心流的血流動(dòng)力學(xué)結(jié)果使分叉頂點(diǎn)血管內(nèi)彈力層局部變性，導(dǎo)致動(dòng)脈瘤的生成。

2006年S.Sakamoto等[1]總結(jié)了10例ICBi動(dòng)脈瘤患者，發(fā)現(xiàn)這些動(dòng)脈瘤的瘤頸往往并不長(zhǎng)在頸內(nèi)動(dòng)脈的分叉處，而是偏向一側(cè)分支，其中7個(gè)（70%）是IC-A-Bi型，3個(gè)是IC-Bi型。與之相似，我們的18個(gè)患者有16個(gè)（89%）是IC-A-Bi型，2個(gè)是IC-Bi型，動(dòng)脈瘤頸中心平均距離頸內(nèi)動(dòng)脈分叉頂點(diǎn)1.72±0.79mm?？磥?，ICBi動(dòng)脈瘤規(guī)律性地易于偏向大腦前動(dòng)脈生長(zhǎng)?？磥?，用分叉處血流沖擊力最大的血流動(dòng)力學(xué)原理不能解釋這種現(xiàn)象。

S.Sakamoto等[1]測(cè)量了大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈與頸內(nèi)動(dòng)脈之間形成的角度，發(fā)現(xiàn)大腦前動(dòng)脈形成的角度更陡，認(rèn)為大腦強(qiáng)動(dòng)脈受到剪切力更大，更易生長(zhǎng)動(dòng)脈瘤。但是，他們忽略了血管的彎曲，假設(shè)血管是直的，并且假設(shè)這幾個(gè)血管在同一個(gè)二維平面上，與實(shí)際解剖差別太大，結(jié)論不可靠。

1999年臺(tái)灣國(guó)立清華大學(xué)動(dòng)力機(jī)械研究所的劉通敏、劉順男總結(jié)了側(cè)壁動(dòng)脈瘤、分叉動(dòng)脈瘤和終端動(dòng)脈瘤的血流動(dòng)力特性[6]，認(rèn)為ICBi動(dòng)脈瘤和基底動(dòng)脈頂端動(dòng)脈瘤都屬于終端動(dòng)脈瘤（terminal aneurysm），在動(dòng)脈分叉模型的頂點(diǎn)可以看到軸心血流(axial stream)沖擊，內(nèi)彈力層變性，小動(dòng)脈瘤形成。流體沖入動(dòng)脈瘤內(nèi)形成螺旋狀或S形的渦流衰減(vortex breakdown)，渦流衰減像是一個(gè)開關(guān)，如果上游來的是層流，在這里啟動(dòng)為下游的紊流，不管是對(duì)稱分流模式還是不對(duì)稱分流模式，渦流衰減都在動(dòng)脈瘤附近造成很大的震動(dòng)，使瘤壁變性，動(dòng)脈瘤逐漸生長(zhǎng)。這同樣不能解釋大多數(shù)ICBi動(dòng)脈瘤位置的偏差。

1999年Foutrakis GN[7]等在對(duì)血管分叉的沖擊力計(jì)算模型分析基礎(chǔ)上，繼續(xù)分析血流的壓力、剪切力與不均衡血管分叉處動(dòng)脈瘤的生成與生長(zhǎng)的關(guān)系，注意到位于較大分支一側(cè)的動(dòng)脈瘤頸處受到的壓力最大（瞬時(shí)壓力曲線圖顯示：大分支一側(cè)的動(dòng)脈瘤頸處形成高壓滯留區(qū)）；而較小分支一側(cè)的動(dòng)脈瘤頸處受到的剪切力最大（切變率-時(shí)間曲線圖顯示：在完整的心動(dòng)周期內(nèi)，小分支側(cè)的瘤頸處切變率始終大于大分支側(cè)）；血流自主干血管來，由較大分支一側(cè)的動(dòng)脈瘤頸進(jìn)入動(dòng)脈瘤腔內(nèi)，形成渦流，在瘤體內(nèi)環(huán)繞后，由較小分支一側(cè)的動(dòng)脈瘤頸處流出，并加入小分支的血流，這個(gè)血流變化又在心肌收縮的減速期出現(xiàn)一個(gè)壓力震蕩，使小分支一側(cè)的壓力出現(xiàn)一個(gè)繼發(fā)增高。這種壓力特點(diǎn)使動(dòng)脈瘤頸區(qū)發(fā)生結(jié)構(gòu)疲勞，瘤頸生長(zhǎng)，而小分支一側(cè)的瘤頸生長(zhǎng)速度超過大分支一側(cè)，那么，動(dòng)脈瘤頸會(huì)逐漸向兩側(cè)增寬，從頂點(diǎn)向小分支一側(cè)增加的幅度大于大分支一側(cè)，卻不能離開血管分叉頂點(diǎn)。與我們觀察到的多數(shù)動(dòng)脈瘤生長(zhǎng)在小分支上不一致。

同時(shí)，在彎曲血管模型中，F(xiàn)outrakis GN[7]等發(fā)現(xiàn)高壓出現(xiàn)在彎曲動(dòng)脈的外側(cè)壁頂點(diǎn)，這個(gè)位置的動(dòng)脈瘤形成后，可見由管道內(nèi)整齊通過的流體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入局部膨大，外層血流與內(nèi)層血流形成分隔，外層流體質(zhì)點(diǎn)在動(dòng)脈瘤內(nèi)繞一圈后出來再由主流帶到下游區(qū)。這種血流方式造成遠(yuǎn)端瘤頸處的局部切變率明顯大于近端瘤頸，提示遠(yuǎn)側(cè)端瘤頸易受到更大血流動(dòng)力學(xué)壓力，使動(dòng)脈瘤向遠(yuǎn)側(cè)瘤頸處生長(zhǎng)，即這種類型的動(dòng)脈瘤的突出方向會(huì)偏向它的血流方向。

劉通敏等[8]對(duì)彎曲血管的研究認(rèn)為彎曲度很大的血管,很小的剪切力也可能造成內(nèi)膜的損害。瘤內(nèi)會(huì)形成與主流方向相反的渦流,血管彎曲度越大,流體進(jìn)入動(dòng)脈瘤內(nèi)的速度越大,瘤壁的壓力和剪切力越大,剪切力最大位于動(dòng)脈瘤頸口的下游邊緣，與前述研究一致。

對(duì)于彎曲血管的研究，大多文獻(xiàn)假設(shè)動(dòng)脈瘤已經(jīng)形成，然后強(qiáng)調(diào)在動(dòng)脈瘤內(nèi)和動(dòng)脈瘤附近獲得的參數(shù)并進(jìn)行分析，Yixiang FENG等[9,10]從沒有動(dòng)脈瘤的彎曲管道著手，關(guān)注動(dòng)脈瘤如何生成并生長(zhǎng)。他們認(rèn)為受到彎曲的影響,血流開始歪曲向外側(cè)壁，在彎曲頂點(diǎn)的局部血管壁，因受到很大的剪切力而發(fā)生變性，一旦剪切力突破動(dòng)脈瘤形成的“門檻”，就開始出現(xiàn)局部膨大，動(dòng)脈瘤形成。剪切力最大位于動(dòng)脈瘤的遠(yuǎn)側(cè)瘤頸口處，這種高剪切力使瘤頸生長(zhǎng)成瘤囊的一部分，新的瘤頸區(qū)域被創(chuàng)造出來，變成新的高剪切力區(qū)。動(dòng)脈瘤的生長(zhǎng)是血管壁剪切力和管壁變性的結(jié)果。

我們的患者女性多于男性，和先前的文獻(xiàn)一致?；颊叩拇竽X前動(dòng)脈在離開頸內(nèi)動(dòng)脈末端所形成的彎曲度都明顯大于大腦中動(dòng)脈的彎曲度；大腦前動(dòng)脈的平均管徑小于大腦中動(dòng)脈的平均管徑。動(dòng)脈瘤更多地突向后方，而不是像文獻(xiàn)中描述的突向上方或前方[1,3,4]。

頸內(nèi)動(dòng)脈床突上段位于蛛網(wǎng)膜下腔內(nèi)，由前到后外，走行于前、后床突上方的假想連線上，并于前穿質(zhì)下方續(xù)為終段。大腦前動(dòng)脈由頸內(nèi)動(dòng)脈發(fā)出后，水平向前內(nèi)，行走于視交叉上面進(jìn)入大腦縱裂內(nèi)。向后外方向的頸內(nèi)動(dòng)脈發(fā)出大腦前動(dòng)脈走向前內(nèi)，使大腦前動(dòng)脈起始處形成一個(gè)很大的彎曲，這個(gè)彎曲的頂點(diǎn)突向后方。以彎曲血管模式分析動(dòng)脈瘤的形成，能夠較好地解釋ICBi動(dòng)脈瘤的特點(diǎn)：通常瘤發(fā)生于大腦前動(dòng)脈起始段的彎曲頂點(diǎn)，主要是剪切力，而不是沖擊力或壓力的作用結(jié)果，而且，動(dòng)脈瘤頂常常突向后方。

我們有2例患者動(dòng)脈瘤頸位于頸內(nèi)動(dòng)脈分叉頂點(diǎn),其中1例是大型寬頸動(dòng)脈瘤,可以理解為瘤頸向兩側(cè)增寬,完全覆蓋了頸內(nèi)動(dòng)脈分叉頂點(diǎn)。另1例患者是小型窄頸動(dòng)脈瘤，瘤頸也恰好位于頸內(nèi)動(dòng)脈分叉頂點(diǎn)，從這個(gè)患者的血管造影上可以看到，大腦前動(dòng)脈從頸內(nèi)動(dòng)脈上分出后，徑直走向前內(nèi)，沒有形成弧形彎曲，這樣就與Foutrakis GN等[5]模擬的血管分叉——直的主干血管上發(fā)出兩個(gè)直的分支血管——完全吻合，可以用血流沖擊力在血管分叉頂點(diǎn)最大來解釋這個(gè)動(dòng)脈瘤的形成。

結(jié)論

根據(jù)我們的臨床觀察，ICBi動(dòng)脈瘤往往并不長(zhǎng)在頸內(nèi)動(dòng)脈的分叉處，而是規(guī)律性地易于偏向大腦前動(dòng)脈，從大腦前動(dòng)脈起始段的彎曲頂點(diǎn)出生長(zhǎng)。與血管彎曲的方向一致，動(dòng)脈瘤通常突向后方。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是在彎曲頂點(diǎn)的局部血管壁，因受到很大的血流剪切力而發(fā)生變性，一旦切應(yīng)力突破動(dòng)脈瘤形成的“門檻”，就開始出現(xiàn)局部膨大，動(dòng)脈瘤形成。

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