載瘤動(dòng)脈幾何形態(tài)對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)影響的研究進(jìn)展

李澤輝,高劉民,2

顱內(nèi)動(dòng)脈瘤是由于薄弱的血管壁而導(dǎo)致的顱內(nèi)動(dòng)脈的異常局部擴(kuò)張,其發(fā)病病人占總?cè)丝诘?%～5%,是非創(chuàng)傷性蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)的主要原因[1]。而動(dòng)脈瘤破裂引起的蛛網(wǎng)膜下腔出血是一種病死率和致殘率都很高的嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾病。盡管目前治療技術(shù)和成像技術(shù)進(jìn)步,但仍有約15%的病人在到達(dá)醫(yī)院之前死亡,另有20%的病人在發(fā)病后30 d內(nèi)死亡,即使是幸存者也有75%患有永久性神經(jīng)功能障礙[2]。隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)的不斷進(jìn)步,未破裂的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤檢出率日益增高。因此,早期發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈瘤并評(píng)估未破裂動(dòng)脈瘤的破裂風(fēng)險(xiǎn)對(duì)病人的治療和預(yù)后具有重要的臨床意義。目前,對(duì)于未破裂顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的治療原則尚未統(tǒng)一,常用的兩種治療方法為顯微外科動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)和血管內(nèi)動(dòng)脈瘤彈簧圈栓塞術(shù),但均存在一些重大并發(fā)癥,發(fā)病率和死亡率較高[3]。因此,未破裂顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的破裂風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)是選擇其治療時(shí)機(jī)的關(guān)鍵。載瘤動(dòng)脈幾何形態(tài)是影響動(dòng)脈瘤破裂的重要因素,與動(dòng)脈瘤的形成、生長(zhǎng)與破裂有著密切聯(lián)系,并且血流動(dòng)力學(xué)與形態(tài)學(xué)之間可以互相影響。本研究就顱內(nèi)動(dòng)脈瘤載瘤動(dòng)脈幾何形態(tài)對(duì)其破裂的影響綜述如下。

1 大小比(size ratio,SR)

Dhar等[4]最早提出SR的概念,將其定義為動(dòng)脈瘤最大高度與平均血管直徑的比值。其中,平均血管直徑是與動(dòng)脈瘤瘤頸相連的流入動(dòng)脈與流出動(dòng)脈的血管橫截面直徑的平均值。其研究表明,SR是預(yù)測(cè)動(dòng)脈瘤破裂的重要參數(shù),并計(jì)算得出其最佳閾值為 2.05。而Chen等[5]為了研究SR對(duì)動(dòng)脈瘤破裂的影響,對(duì)納入268例(84.5%)患有280個(gè)大腦中動(dòng)脈(middle cerebral artery,MCA)動(dòng)脈瘤病人進(jìn)行了回顧性分析,Logistic回歸分析表明,較大的SR與MCA分叉動(dòng)脈瘤破裂密切相關(guān)。并計(jì)算出SR的閾值為2.53,敏感度為 44.4%,特異度為 86.3%。將SR分為小SR(≤2.53)組和大SR(>2.53)組,在單因素分析中,較大的SR與動(dòng)脈瘤破裂仍然相關(guān)(P<0.001)。當(dāng)較大的 SR 被納入多因素分析時(shí),它仍然與動(dòng)脈瘤破裂獨(dú)立相關(guān)(P<0.001)。而一項(xiàng)納入561例病人共638個(gè)大腦中動(dòng)脈動(dòng)脈瘤的大型研究中,SR與破裂狀態(tài)顯著相關(guān)(P<0.01)[6]。Tremmel等[7]研究了不同的SR如何影響動(dòng)脈瘤內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué),并發(fā)現(xiàn)SR增大可導(dǎo)致典型的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂。在保持所有其他形態(tài)參數(shù)(包括顱內(nèi)動(dòng)脈瘤尺寸、長(zhǎng)徑比和波動(dòng)指數(shù))不變的情況下,僅改變SR就足以創(chuàng)建與顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂相關(guān)的動(dòng)脈瘤內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)環(huán)境。SR的增大與動(dòng)脈瘤破裂之間的關(guān)系表明,相比動(dòng)脈瘤的絕對(duì)大小,動(dòng)脈瘤大小與周?chē)艿闹睆街g的關(guān)系是更重要的。同時(shí)目前大多數(shù)研究表明,SR越大,意味著動(dòng)脈瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn)就越高。

2 血管分叉

目前可以將動(dòng)脈瘤根據(jù)形態(tài)分為側(cè)壁型和分叉型,而這兩種類(lèi)型的動(dòng)脈瘤具有不同的形態(tài)學(xué)和血流動(dòng)力學(xué)特征[8]。據(jù)推測(cè),血流動(dòng)力學(xué)應(yīng)力也是動(dòng)脈瘤形成的初始因素,腦動(dòng)脈瘤常見(jiàn)于動(dòng)脈分叉處和連接處,這里的血管壁暴露于突然增加的血流動(dòng)力學(xué)應(yīng)力[9]。同時(shí)也有研究顯示存在于血管分叉的動(dòng)脈瘤比側(cè)壁動(dòng)脈瘤具有更高的破裂風(fēng)險(xiǎn)[10]。在一項(xiàng)納入579例病人共719個(gè)動(dòng)脈瘤的研究中,排除其他風(fēng)險(xiǎn)因素的混淆效應(yīng)后,將明確定義的風(fēng)險(xiǎn)因素(包括性別、高血壓、高脂血癥、糖尿病、吸煙和飲酒狀況、多發(fā)動(dòng)脈瘤以及動(dòng)脈瘤位置)以及分叉形態(tài)納入多因素Logistic回歸分析后,發(fā)現(xiàn)分叉形態(tài)是預(yù)測(cè)動(dòng)脈瘤破裂因素的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因素(P<0.000 1),與動(dòng)脈瘤位置無(wú)關(guān)[11]。Gholampour等[12]在對(duì)直徑小于5 mm的動(dòng)脈瘤的研究中發(fā)現(xiàn),在同等條件下,存在于血管分叉的動(dòng)脈瘤的破裂概率增加了19.9%。此外,關(guān)于血管分叉角度是否對(duì)于動(dòng)脈瘤的形成有一定的影響,Zhang等[13]的研究發(fā)現(xiàn)兩個(gè)M2節(jié)段之間有MCA分叉動(dòng)脈瘤的病人中MCA分叉角顯著(P<0.000 1)大于沒(méi)有動(dòng)脈瘤的病人[(152.4±35.0)°與(102.8±24.7)°],而動(dòng)脈瘤分叉的兩個(gè)側(cè)向角[分別為(76.6±22.9)°和(122.2±24.1)°]明顯小于沒(méi)有動(dòng)脈瘤的動(dòng)脈[分別為 (111.3±19.3)°和(138.2±14.8)°](P<0.001)。由此可見(jiàn),MCA 分叉動(dòng)脈瘤的發(fā)生可能與較寬的 MCA 分叉角和較窄的側(cè)角有關(guān)。而Zhang等[14-15]另外兩項(xiàng)關(guān)于基底動(dòng)脈(basilar artery,BA)分叉處動(dòng)脈瘤和前交通動(dòng)脈(anterior communicating artery,ACoA)分叉處動(dòng)脈瘤的研究中也得到了類(lèi)似結(jié)論。

研究表明,分叉動(dòng)脈瘤比側(cè)壁動(dòng)脈瘤有更高的破裂風(fēng)險(xiǎn),分叉的遠(yuǎn)端隆突通常受到血流動(dòng)力學(xué)剪切應(yīng)力的沖擊最大,由于血流的直接作用,分叉尖是動(dòng)脈內(nèi)的最大應(yīng)力區(qū)。該區(qū)域暴露于高剪切力變化,被認(rèn)為導(dǎo)致血管壁內(nèi)皮損傷,這可能解釋了分叉動(dòng)脈瘤較側(cè)壁動(dòng)脈瘤更容易破裂的原因。此外,動(dòng)脈瘤的發(fā)生與載瘤動(dòng)脈分叉角存在一定的關(guān)系,更寬的動(dòng)脈分叉角度形成動(dòng)脈瘤的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于動(dòng)脈分叉角度較小者。

3 流動(dòng)角

流動(dòng)角定義為動(dòng)脈瘤最大高度延長(zhǎng)線和載瘤動(dòng)脈之間所形成的角度。一項(xiàng)納入409例病人的 432個(gè)后交通動(dòng)脈(posterior communicating artery,PCoA)動(dòng)脈瘤的大型回顧性研究顯示[16],更大的流動(dòng)角與動(dòng)脈瘤破裂顯著相關(guān)。Lin等[17]對(duì)連續(xù)納入的79 例大腦中動(dòng)脈動(dòng)脈瘤病人的臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,其中40例為破裂動(dòng)脈瘤,39例為未破裂動(dòng)脈瘤,破裂動(dòng)脈瘤組也具有更大的流動(dòng)角(132.1°與 114.3°,P=0.002)。另一項(xiàng)連續(xù)納入200例基底動(dòng)脈瘤病人的研究,包括73例破裂動(dòng)脈瘤和127例未破裂動(dòng)脈瘤病人,也得出來(lái)較大的流動(dòng)角與破裂狀態(tài)顯著相關(guān)的結(jié)論。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)流動(dòng)角越小,Fisher分級(jí)越高[18]。這可能與壁切應(yīng)力對(duì)破裂部位的血小板黏附性的影響有關(guān)[19],然而,還需要進(jìn)一步的研究來(lái)闡明這一點(diǎn)。Skodvin等[20]在一項(xiàng)病例對(duì)照研究中納入了被診斷為未破裂的囊狀動(dòng)脈瘤并隨后破裂的病人,并且每例病人均與2例對(duì)照病人(在觀察期間既未經(jīng)歷顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂也未接受預(yù)防性治療)進(jìn)行匹配,多因素Logistic回歸分析顯示,只有流動(dòng)角與未來(lái)破裂顯著相關(guān)(P=0.45)。

綜上所述,流動(dòng)角與動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)存在一定的關(guān)系,流動(dòng)角越大,其破裂風(fēng)險(xiǎn)越高。更大的流動(dòng)角可能使動(dòng)脈瘤易于發(fā)生變化,從而進(jìn)一步增加破裂的風(fēng)險(xiǎn)。在理想化的幾何模型流體力學(xué)分析中,與載瘤動(dòng)脈更加平行的流動(dòng)角顯示出更高的射流速度和動(dòng)能,以及更高的壁剪應(yīng)力(wall shear stress,WSS)[21-22],這為流動(dòng)角與動(dòng)脈瘤的破裂風(fēng)險(xiǎn)研究提供了一定的依據(jù)。

4 載瘤動(dòng)脈直徑

Farnoush等[23]在大腦分叉動(dòng)脈瘤的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬中發(fā)現(xiàn),較小的母動(dòng)脈直徑導(dǎo)致較高的WSS和更多的能量損失在分叉的頂端。因此,將載瘤動(dòng)脈直徑與分叉等其他因素相結(jié)合后,可能對(duì)臨床診斷和治療方案的選擇具有指導(dǎo)意義。此外,一項(xiàng)納入207例基底動(dòng)脈尖端動(dòng)脈瘤(basilar tip aneurysm,BTA)和106例非基底動(dòng)脈瘤病人的研究中,載瘤動(dòng)脈直徑和管徑比與BTA破裂呈顯著負(fù)相關(guān)[24]。而Wang等[25]也在針對(duì)單發(fā)ACoA動(dòng)脈瘤的研究中發(fā)現(xiàn)血管尺寸與 ACoA動(dòng)脈瘤破裂呈負(fù)相關(guān)。而另一項(xiàng)納入650例病人共650個(gè)ACoA動(dòng)脈瘤的研究顯示,在多變量分析后得出較大的血管尺寸與動(dòng)脈瘤破裂呈負(fù)相關(guān)(P= 0.001)。區(qū)別破裂和未破裂動(dòng)脈瘤的血管大小的閾值為 1.6 mm,敏感度為 88.9%[26]。

研究表明,較小的載瘤動(dòng)脈可能會(huì)增加相同高度動(dòng)脈瘤的SR,即在許多研究中SR仍是動(dòng)脈瘤破裂的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[5-7]。同時(shí),較小的血管尺寸可能具有較薄的血管壁和較高的射流,導(dǎo)致動(dòng)脈瘤壁的壁拉伸應(yīng)力更大[27],使其更容易破裂。所以目前仍需進(jìn)一步明確血流動(dòng)力與載瘤動(dòng)脈直徑之間的關(guān)系,以求建立明確的相關(guān)性評(píng)估破裂的風(fēng)險(xiǎn),改善未破裂動(dòng)脈瘤的管理。

5 血管發(fā)育異常

依據(jù)Hassan等[27]研究結(jié)果,將血管發(fā)育不良定義為較小的一側(cè)血管節(jié)段與較大的一側(cè)血管節(jié)段的寬度之比小于0.5。另外,在Zimelewicz等[28]的研究中,Willis環(huán)的變異被定義為前后交通復(fù)合體中至少存在一種變異。在前交通復(fù)合體中,它被定義為大腦前動(dòng)脈A1段發(fā)育不良或A1段缺失;在后交通復(fù)合體中,胚胎型大腦后動(dòng)脈被定義為后交通動(dòng)脈的直徑比大腦后動(dòng)脈的同側(cè) P1段大10%。之后的COX單因素分析中發(fā)現(xiàn),Willis環(huán)解剖變異的存在與動(dòng)脈瘤破裂差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[OR=2.28,95%CI(1.11,4.65),P=0.024],而多因素回歸分析結(jié)果顯示,前交通復(fù)合體變異對(duì)ACoA動(dòng)脈瘤破裂有影響[OR=2.68,95%CI(1.01,7.18),P<0.05]。而另一項(xiàng)納入255 例PCoA動(dòng)脈瘤病人研究中胚胎型大腦后動(dòng)脈中出現(xiàn)的動(dòng)脈瘤與破裂顯著相關(guān)(P<0.05)[29]。在此之前Lazzaro等[30]以113例病人為研究對(duì)象,對(duì)Willis環(huán)變異與破裂風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行了評(píng)估,結(jié)果顯示,動(dòng)脈瘤破裂病人的Willis環(huán)解剖變異比動(dòng)脈瘤未破裂病人更常見(jiàn)(P=0.024 5)。

血管發(fā)育異常在人群中并不罕見(jiàn),約60%的人群中存在Willis環(huán)解剖變異[31],這些變化可引起頸內(nèi)動(dòng)脈或基底動(dòng)脈流量的變化,與血流動(dòng)力學(xué)改變相關(guān),增加血管壁的壓力,同時(shí)也導(dǎo)致對(duì)側(cè)的血流代償性增加,這種解剖條件改變了局部的載瘤動(dòng)脈幾何和血流條件,可能會(huì)引起血管的重塑,導(dǎo)致動(dòng)脈瘤的形成,然后導(dǎo)致其破裂。

6 展 望

動(dòng)脈瘤從形成到破裂的演變,是多因素影響的結(jié)果,越來(lái)越多的證據(jù)表明,血管幾何形狀可能比其他臨床因素對(duì)動(dòng)脈瘤形成及破裂風(fēng)險(xiǎn)有更顯著影響,僅動(dòng)脈瘤的大小和位置可能不足以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)動(dòng)脈瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn)。Taylor等[32]的研究中提出動(dòng)脈瘤破裂前后的基本形狀和形態(tài)學(xué)變化相當(dāng)小。因此,本研究重點(diǎn)分析了載瘤動(dòng)脈形態(tài)及其與動(dòng)脈瘤本身的幾何關(guān)系的重要性。這些特定的形態(tài)學(xué)參數(shù)是實(shí)用和直接的,在高危病人(如有強(qiáng)烈家族史的病人)的3D重建時(shí),評(píng)估這些變量有助于對(duì)病人進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。諸如SR、流動(dòng)角等指標(biāo)已被納入日本3年破裂風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)評(píng)分體系[33]。隨著非侵入性腦血管成像的可用性和使用率的增加,現(xiàn)在可以獲得詳細(xì)的血管解剖信息,基于載瘤血管幾何形態(tài)的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤分類(lèi)已成為一種很有前途的策略,可以獲得囊性動(dòng)脈瘤自然病程的新認(rèn)識(shí),并改善其管理和長(zhǎng)期結(jié)果。然而目前有些參數(shù)并未取得統(tǒng)一的閾值,并且大多是回顧性研究,下一步需要進(jìn)行更多前瞻性研究,并行長(zhǎng)期隨訪以更好地了解哪些病人載瘤動(dòng)脈特征會(huì)增加動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn),使這些參數(shù)與特征能更好地服務(wù)于臨床,幫助篩選出最有可能發(fā)生顱內(nèi)動(dòng)脈瘤未破裂的病人亞群,并使病人可以從預(yù)防性手術(shù)治療中受益。