Willis環(huán)形態(tài)對(duì)單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄/閉塞患者腦血流灌注的影響

劉 蘭,朱月香,崔書君

(河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院影像學(xué)部,張家口 075000;*通訊作者,E-mail:bdliulan@163.com)

腦卒中的發(fā)病率和死亡率高,頸動(dòng)脈閉塞性疾病是導(dǎo)致腦卒中的主要原因。對(duì)于頸動(dòng)脈狹窄患者,根據(jù)狹窄程度、血流動(dòng)力學(xué)改變等決定臨床治療方法,但未考慮顱內(nèi)腦血管的代償能力,缺乏腦組織血流灌注狀態(tài)的影像證據(jù)。Willis環(huán)是連接頸動(dòng)脈系統(tǒng)和椎-基底動(dòng)脈系統(tǒng)的動(dòng)脈環(huán),是發(fā)揮代償作用的重要結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)完整Willis環(huán)可以減少腦梗死的發(fā)生率,改善腦梗死區(qū)域的血流灌注[1]。Willis環(huán)變異率高,特別是前交通動(dòng)脈(ACoA)、雙側(cè)后交通動(dòng)脈(PCoA)的缺如很常見(jiàn),側(cè)枝循環(huán)代償能力可能存在差異,但相關(guān)方面研究尚少。本研究采用頭顱CT灌注成像(CT perfusion imaging,CTPI)觀察ACoA和雙側(cè)PCoA開(kāi)放與否對(duì)單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄/閉塞患者腦組織灌注的影響。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

收集2016-06～2017-12于河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院就診的單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄/閉塞患者150例。納入標(biāo)準(zhǔn):①頭頸部CT血管成像(CT angiography,CTA)和CTPI資料完整;②一側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄(狹窄率>70%)或閉塞;對(duì)側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈無(wú)狹窄或輕度狹窄(狹窄率<30%);③頭顱CT平掃未見(jiàn)大面積梗死灶。排除標(biāo)準(zhǔn):①大面積腦梗死、腦出血病史;②合并顱內(nèi)病變,如腦腫瘤、動(dòng)靜脈畸形、多發(fā)性硬化等。共收集符合條件的患者150例,患者癥狀以一側(cè)肢體感覺(jué)運(yùn)動(dòng)障礙、頭痛頭暈、短暫性腦缺血發(fā)作為主。其中11例患者因圖像無(wú)法評(píng)估而排除,最終納入139例患者。

1.2 資料收集

收集患者年齡、性別、血管危險(xiǎn)因素(高血壓、糖尿病、高脂血癥、冠心病、吸煙)資料。記錄患者入院時(shí)美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院卒中量表(National Institute of health stroke scale,NIHSS)評(píng)分。

1.3 檢查方法

采用東芝Aquilion 320排CT掃描儀,管電壓80 kV,管電流100-310 mA,準(zhǔn)直寬度128 mm×0.5 mm,層厚0.5 mm,螺距0.83,矩陣512×512,FOV 25 cm×25 cm,掃描范圍從頭頂至顱底。經(jīng)肘靜脈以6 ml/s流率高壓團(tuán)注270 mgI/ml碘克沙醇(1 ml/kg)后立即注射生理鹽水30 ml,于注射對(duì)比劑7 s后進(jìn)行第一次暴光掃描,動(dòng)脈期暴光時(shí)間間隔為2 s,靜脈期為2-5 s,總掃描時(shí)間為60 s,共獲得19個(gè)容積數(shù)據(jù)。

1.4 圖像后處理

將容積數(shù)據(jù)導(dǎo)入Vitreafx軟件可得到頭顱CT平掃、頭頸部CTA及頭顱灌注圖像。采用血管探針技術(shù),結(jié)合多平面重建(MPR)、曲面重建(CPR)和最大密度投影(MIP),使血管與周圍組織的關(guān)系清晰顯示,對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄程度、范圍及Willis環(huán)分型進(jìn)行判斷。全部病例均采用雙盲法,由2名影像診斷醫(yī)師進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。

1.5 數(shù)據(jù)測(cè)量和分析

Willis環(huán)血管開(kāi)放情況評(píng)價(jià):Willis環(huán)組成血管起、止點(diǎn)顯示清楚,顯影連續(xù),走行光滑,認(rèn)為血管存在;未顯示則認(rèn)為缺如,前后交通動(dòng)脈(ACoA)和后交通動(dòng)脈(PCoA)開(kāi)放的直徑閾值分別為0.4 mm和0.6 mm[2]。

Willis環(huán)分型的評(píng)價(jià):根據(jù)ACoA和雙側(cè)PCoA是否開(kāi)放,將Willis環(huán)分為四型進(jìn)行研究。Ⅰ型:完整Willis環(huán),即ACoA和雙側(cè)PCoA均開(kāi)放;Ⅱ型:雙側(cè)PCoA開(kāi)放,ACoA不開(kāi)放;Ⅲ型:ACoA開(kāi)放,雙側(cè)PCoA不開(kāi)放;Ⅳ型:ACoA和雙側(cè)PCoA均不開(kāi)放。以上四型Willis環(huán)組成中,雙側(cè)大腦前動(dòng)脈A1段及大腦后動(dòng)脈P1段均完整,無(wú)缺如及發(fā)育不良(大腦前動(dòng)脈A1段、大腦后動(dòng)脈P1段的直徑<1 mm則定為發(fā)育不良[2])。

感興趣區(qū)的選擇:手動(dòng)選擇健側(cè)大腦前動(dòng)脈或大腦中動(dòng)脈作為輸入動(dòng)脈,上矢狀竇作為輸出靜脈,軟件分析自動(dòng)獲得興趣區(qū)的時(shí)間-密度曲線(time-density curve,TDC),利用奇異值分解(singular value decomposition,SVD)去卷積算法生成灌注參數(shù)圖,即腦血容量(cerebral blood volume,CBV)、腦血流量(cerebral blood flow,CBF)、平均通過(guò)時(shí)間(mean transit time,MTT)和達(dá)峰時(shí)間(time to peak,TTP)。在橫軸面上對(duì)稱性勾畫感興趣區(qū)(region of interest,ROI),包括雙側(cè)額、頂、枕、顳葉皮層和丘腦,ROI面積設(shè)置為1 mm2,盡可能避開(kāi)腦溝、血管、鈣化及梗死區(qū)域。計(jì)算患側(cè)/健側(cè)腦區(qū)灌注參數(shù)相對(duì)比(rCBF、rCBV、rMTT、rTTP)。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)和百分?jǐn)?shù)表示,四組間樣本率的比較采用R×C表χ2檢驗(yàn),四組間均數(shù)比較采用方差分析,樣本均數(shù)兩兩組間比較采用LSD-t法。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α定為0.05。

2 結(jié)果

2.1 基線資料比較

共收集Ⅰ型25例,男11例,女14例,平均年齡(58.7±4.7)歲;Ⅱ型20例,男9例,女11例,平均年齡(56.6±3.4)歲;Ⅲ型72例,男32例,女40例,平均年齡(54.9±4.6)歲;Ⅳ型22例,男10例,女12例,平均年齡(51.3±5.3)歲。組間年齡、性別、患有高血壓、糖尿病、高脂血癥、吸煙史、飲酒史差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05,見(jiàn)表1)。

入院時(shí)NIHSS評(píng)分組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。組間兩兩比較,Ⅱ型和Ⅳ型組的NIHSS評(píng)分高于Ⅰ、Ⅲ型組,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05,見(jiàn)表1)。

表1 Willis環(huán)不同分型患者基線資料比較例(%)
Table1ComparisonofbaselinedataamongpatientswithdifferenttypesofWillisringscases(%)

組別年齡(歲)性別(男)高血壓糖尿病高脂血癥吸煙史飲酒史入院NIHSS評(píng)分Ⅰ型58.7±4.711(44.0)20(80.0)10(40.0)15(60.0)8(32.0)11(44.0)5.64±1.64Ⅱ型56.6±3.49(45.0)15(75.0)9(45.0)11(55.0)7(35.0)9(45.0)9.00±2.37Ⅲ型54.9±4.632(44.4)55(76.4)34(47.2)40(55.5)30(41.7)36(50.0)7.01±2.17Ⅳ型51.3±5.310(45.5)16(72.7)9(40.9)13(59.1)8(36.4)11(50.0)8.50±3.72F/χ20.5630.0121.7890.5370.2230.8920.3813.679P 0.6421.0000.6170.9110.9740.8270.9440.012

入院NIHSS評(píng)分與Ⅰ型比較，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型P值分別為0.008，0.012，0.000；Ⅱ型與Ⅲ型比較，P=0.037；Ⅲ型與Ⅳ型比較，P=0.002

2.2 Willis環(huán)不同分型患者腦區(qū)灌注參數(shù)比較

感興趣區(qū)灌注參數(shù)值經(jīng)方差分析顯示,額葉、頂葉皮層rCBV、rMTT、rTTP組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05),rCBF組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);顳葉皮層rMTT、rTTP組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05),rCBF和rCBV組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);枕葉皮層和丘腦rCBF、rCBV、rMTT、rTTP組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05,見(jiàn)表2)。Ⅰ-Ⅳ型單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄/閉塞患者灌注參數(shù)圖見(jiàn)圖1-4。

表2 Willis環(huán)不同分型患者腦區(qū)灌注參數(shù)比較Table 2 Comparison of cerebral perfusion parameters among patients with different types of Willis rings

與Ⅰ型比較,*P<0.05;與Ⅱ型比較,#P<0.05;與Ⅲ型比較,△P<0.05

差異腦區(qū)灌注參數(shù)兩兩比較顯示,額葉皮層:Ⅱ型組rCBV值小于Ⅰ和Ⅲ型組,Ⅱ和Ⅳ型組rMTT值和rTTP值高于Ⅰ和Ⅲ型組,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05);頂葉和顳葉皮層:Ⅱ和Ⅳ型組頂葉皮層rCBV值小于Ⅰ型組,Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型組的頂葉和顳葉皮層rMTT值和rTTP值高于Ⅰ型組,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。余差異腦區(qū)灌注參數(shù)組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05,見(jiàn)表3)。

3 討論

血管的先天變異、動(dòng)脈粥樣硬化及其他原因使少于50%的人Willis環(huán)完整。早期對(duì)Willis環(huán)形態(tài)的研究主要依靠尸體解剖。Kapoor等[3]對(duì)腦組織標(biāo)本進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)僅45.2%標(biāo)本的Willis環(huán)完整,而54.8%標(biāo)本的Willis環(huán)不完整。隨著影像技術(shù)的發(fā)展,CTA能夠準(zhǔn)確、清楚地顯示W(wǎng)illis環(huán)的形態(tài)。Li等[4]利用CTA技術(shù)觀察了160例健康中國(guó)人的Willis環(huán),發(fā)現(xiàn)僅27%的人Willis環(huán)完整,79%的Willis環(huán)前半循環(huán)完整,31%的Willis環(huán)后半循環(huán)完整。本研究連續(xù)納入139例單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄/閉塞患者,以Ⅲ型居多(51.8%),而僅18.0%患者的Willis環(huán)完整,可能提示單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄/閉塞患者Willis環(huán)不完整率可能高于健康人。

頭顱CT灌注成像(CTPI)能夠評(píng)估腦組織血流動(dòng)力學(xué)改變情況,聯(lián)合CTA檢查,能無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確地顯示頭頸部血管狹窄的部位和程度,為腦血管疾病的診療和轉(zhuǎn)歸提供影像證據(jù),已廣泛應(yīng)用于腦血管疾病的評(píng)估中[5-7]。常用灌注參數(shù)包括腦血流量(CBF),指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)一定腦組織的血流量;腦血容量(CBV),指單位腦組織體積內(nèi)的血容量;平均通過(guò)時(shí)間(MTT)表示血液流經(jīng)感興趣腦組織的平均時(shí)間;達(dá)峰時(shí)間(TTP)指對(duì)比劑到達(dá)感興趣區(qū)開(kāi)始到濃度達(dá)到峰值的時(shí)間[8]。研究發(fā)現(xiàn)MTT和TTP與腦血流灌注路徑長(zhǎng)短和血流快慢有關(guān),能更敏感地反映腦灌注異常[9,10]。本研究結(jié)果顯示,顳葉皮層的rMTT和rTTP值組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而rCBF和rCBV值的組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,提示MTT和TTP在反映腦血流灌注差異更加的敏感,與以往研究相一致。

A.右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄; B.Willis環(huán)完整; C-F.分別為CBF,CBV,TTP,MTT圖,雙側(cè)感興趣腦區(qū)參數(shù)值相差較小圖1 Ⅰ型組右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄患者影像表現(xiàn)Figure 1 Imaging of a patient with right internal carotid artery severe stenosis in type Ⅰ group

A.左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄;B.Ⅱ型Willis環(huán);C-F.分別為CBF,CBV,TTP,MTT圖,患側(cè)興趣腦區(qū)CBF和CBV值較健側(cè)明顯降低,TTP和MTT值明顯升高圖2 Ⅱ型組左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄患者影像表現(xiàn)Figure 2 Imaging of a patient with left internal carotid artery severe stenosis in type Ⅱ group

A.左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄;B.Ⅲ型Willis環(huán);B-E.分別為CBF,CBV,TTP,MTT圖,患側(cè)感興趣腦區(qū)CBF和CBV值較健側(cè)稍降低,TTP和MTT值稍升高圖3 Ⅲ型組左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄患者影像表現(xiàn)Figure 3 Imagings of a patient with left internal carotid artery severe stenosis in type Ⅲ group

A.左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄;B.Ⅳ型Willis環(huán);C-E.分別為CBF,CBV,TTP,MTT圖,患側(cè)感興趣腦區(qū)CBF和CBV值較健側(cè)明顯降低,TTP和MTT值明顯升高圖4 Ⅳ型組右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄患者影像表現(xiàn)Figure 4 Imagings of a patient with right internal carotid artery severe stenosis in type Ⅳ group

當(dāng)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄/閉塞時(shí),顱內(nèi)側(cè)支循環(huán)將不同程度地發(fā)揮作用,包括Willis環(huán)和皮層軟腦膜吻合支,以Willis環(huán)代償為主。顱內(nèi)側(cè)支循環(huán)的建立與腦梗死嚴(yán)重程度和轉(zhuǎn)歸具有相關(guān)性[11],良好的側(cè)枝循環(huán)能夠保證缺血半暗帶及時(shí)得到血流再灌注,減輕神經(jīng)功能損害,改善預(yù)后。Willis環(huán)完整是預(yù)后良好的獨(dú)立影響因素,可能與以下因素有關(guān):①完整的Willis環(huán)使側(cè)枝循環(huán)通路很好地建立,為缺血腦組織血流再灌注提供條件[12];②增強(qiáng)了軟腦膜動(dòng)脈吻合支的血流動(dòng)力,保證軟腦膜側(cè)枝循環(huán)發(fā)揮作用;③能夠減輕缺血再灌注損傷,緩沖腦缺血和再灌注的血流動(dòng)力學(xué)改變,減輕腦組組損傷[13]。本研究顯示,Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型差異腦區(qū)的rMTT和rTTP值均顯著高于Ⅰ型,提示對(duì)于單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄/閉塞患者,完整的Willis環(huán)對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈供血腦區(qū)缺血狀態(tài)的代償作用顯著,而后循環(huán)供血腦區(qū)(枕葉皮層及丘腦)不受Willis環(huán)形態(tài)的影響。

ACoA和PCoA作為Willis環(huán)構(gòu)成中的主要側(cè)枝循環(huán)血管,變異率很高,但對(duì)于兩者的代償效果尚無(wú)明確的血流灌注證據(jù)。根據(jù)解剖學(xué)基礎(chǔ),可能通過(guò)以下通路發(fā)揮代償作用,Ⅲ型患者的患側(cè)腦區(qū)可通過(guò)ACoA由健側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈代償;Ⅱ型患者的患側(cè)腦區(qū)可通過(guò)同側(cè)的PCoA由基底動(dòng)脈代償;但Ⅳ型患者則得不到有效的一級(jí)代償,患側(cè)腦區(qū)處于低灌注狀態(tài)。陳珍等[14]通過(guò)建立三維Willis環(huán)模型研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)一側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄率大于50%時(shí),Willis環(huán)內(nèi)血液重新分配,ACoA側(cè)枝循環(huán)作用比PCoA更加重要。本研究發(fā)現(xiàn),只有Ⅱ和Ⅳ型額葉皮層的灌注參數(shù)與Ⅲ型組間有顯著差異,而Ⅱ型和Ⅳ型組間無(wú)顯著差異,提示ACoA對(duì)額葉皮層缺血狀態(tài)的代償作用較PCoA顯著,與之前的研究結(jié)果相一致[14,15],而在頂、顳葉皮層未見(jiàn)顯著體現(xiàn)。此外,患者入院時(shí)NIHSS評(píng)分組間比較發(fā)現(xiàn),Ⅱ型和Ⅳ型組的NIHSS評(píng)分明顯高于Ⅰ、Ⅲ型,提示Ⅱ型和Ⅳ型患者的神經(jīng)功能缺失程度較I型和Ⅲ型嚴(yán)重,與額葉皮層的低灌注狀態(tài)相關(guān)。

本研究尚存在不足之處:①患者數(shù)量較少,有待增加樣本量研究;②Willis環(huán)變異類型多樣,今后需進(jìn)一步詳細(xì)進(jìn)行分類研究;③本研究?jī)H考慮了Willis環(huán)形態(tài)對(duì)于側(cè)枝循環(huán)發(fā)揮代償作用的影響,而血管閉塞性疾病的血管代償機(jī)制比較復(fù)雜,是多種途徑共同作用的結(jié)果,尚需深入研究。

綜上所述,Willis環(huán)形態(tài)對(duì)單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患者腦組織缺血狀態(tài)起到不同程度的代償,Willis環(huán)完整對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)供血腦區(qū)代償作用顯著,Willis環(huán)前半循環(huán)完整對(duì)額葉皮層的代償作用比后半循環(huán)完整明顯。此外,CTPI能為單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈重度狹窄或閉塞患者腦組織灌注狀態(tài)的評(píng)估提供客觀影像學(xué)依據(jù),具有重要的臨床價(jià)值。