江國權，方興根，徐善水，張連富

·綜述General review·

顱內(nèi)動脈瘤破裂的血流動力學和形態(tài)學因素

江國權，方興根，徐善水，張連富

隨著計算機斷層攝影血管成像（CTA）、磁共振血管成像（MRA）等影像技術的廣泛應用，越來越多的無癥狀性顱內(nèi)動脈瘤被檢測出來，如何從中鑒別出高破裂風險的動脈瘤成為治療的關鍵，本文就近年來動脈瘤破裂的危險因素做一總結。

顱內(nèi)動脈瘤；血流動力學；形態(tài)學

顱內(nèi)未破裂動脈瘤的發(fā)病率為2%～3%［1］，而我國35～75歲年齡段成年人的發(fā)病率則高達7%［2］。這些未破裂動脈瘤中大部分不發(fā)生破裂，只有一小部分發(fā)生破裂。有學者統(tǒng)計破裂的動脈瘤僅占全部動脈瘤的1%～2%［3］。但是一旦動脈瘤破裂，后果非常嚴重，病死率可高達50%［4］。因此如何從中判斷出具有高破裂風險的動脈瘤并及時對其進行干預成為動脈瘤治療的關鍵。本文就如何判別高破裂風險的動脈瘤，從血流動力學因素、形態(tài)學因素及其他因素等方面進行闡述。

1 血流動力學因素

血流動力學與動脈瘤的發(fā)生、發(fā)展以及破裂密切相關。目前了解，影響動脈瘤發(fā)生發(fā)展的血流動力學因素主要有:壁面切應力（wall shear stress，WSS）、切應力震蕩指數(shù)（oscillatory shear index，OSI）、壁面切應力梯度（wall shear stress gradient，WSSG）、沖擊域大小、血流模式以及血流速度。

1.1 WSS

血流的沖擊對血管壁會形成3種不同方向的生理壓力:WSS、跨壁壓（transmural pressure）、機械性伸縮力（mechanical stretch）。其中WSS被認為是血流動力學因素中影響顱內(nèi)動脈瘤形成、發(fā)展和破裂的主要因素［5-6］。由于血液具有黏性，當血流通過血管壁時便會產(chǎn)生摩擦形成WSS。WSS對維持細胞的正常形態(tài)具有重要作用。研究認為維持細胞正常形態(tài)的WSS需要大約2 Pa左右，過低的WSS會導致上皮細胞間隙破壞、抗氧化和抗炎介質(zhì)調(diào)節(jié)失常，使得內(nèi)皮細胞壁重塑，甚至細胞變性、凋亡［7］。但是過高的WSS對動脈瘤也是不利?？偨Y起來，目前WSS在動脈瘤的破裂中的作用機制有2種觀點:高血流理論和低血流理論。前者認為過高的WSS會導致局部血管壁退化、擴張甚至膨脹，進而形成動脈瘤或者導致動脈瘤的生長［8-9］。后者認為低WSS可導致動脈瘤壁發(fā)生退行性變，局部壁面WSS的不足導致動脈瘤破裂［10-11］。

1.2 OSI和WSSG

OSI代表一個區(qū)域隨時間變化與WSS相對的方向改變的速度，它是預測血管疾病的有用的血流動力學參數(shù)。OSI值的大小代表流動振蕩水平的大小，即流動方向和強度改變的程度。OSI越高，該處流體在周期內(nèi)的流動方向越不穩(wěn)定，隨時間越頻繁變化甚至出現(xiàn)回流；相反，OSI越低，該處流動越穩(wěn)定，變化越小。研究認為高OSI與動脈瘤破裂明顯相關［12］。

WSSG是表示壁面切應力變化大小的系數(shù)。Valencia等［13］發(fā)現(xiàn)，高WSSG下高振幅WSS變化會引起內(nèi)皮細胞疲勞和損傷，從而導致內(nèi)皮細胞功能紊亂和血管病理性重塑，并進一步誘發(fā)動脈瘤。

1.3 沖擊域大小

Hoi等［14］首先定義了“沖擊域”這一概念，它是指射入的血流作用于動脈瘤壁的主要區(qū)域。沖擊域的大小與動脈瘤的破裂密切相關。原因在于沖擊域內(nèi)血流速度會發(fā)生明顯改變，同時血流方向也會發(fā)生明顯變化，造成該區(qū)域動脈壁壓力明顯高于其他區(qū)域，從而導致該區(qū)域管壁更易發(fā)生破裂。研究認為未破裂動脈瘤內(nèi)有相對廣的血流沖擊域，破裂前的動脈瘤則有更為局限的沖擊區(qū)域［15-16］。

1.4 血流模式

血流模式是影響動脈瘤發(fā)展變化的重要因素。它主要分為側壁性動脈瘤血流模式和頂端動脈瘤血流模式兩種。側壁性動脈瘤:血流從瘤頸口下游側流向動脈瘤瘤內(nèi)，并沿著瘤周壁回流至載瘤動脈中，再從瘤頸口上游流出，形成一個主要渦流。該模式造成血流動力學的特點是:流入道血流速度、動壓及流入道側壁的壁面WSS最高，流出道次之，瘤頂部最低，且動脈瘤壁面WSS、動壓與血流速度呈正相關［17］。頂端動脈瘤:血流從流入動脈直接沖擊動脈瘤，然后沿動脈瘤周壁回流至兩條流出動脈，形成兩側兩個主要渦流（圖1）。由于血流由入口動脈直接進入動脈瘤，造成血流直接沖擊瘤頂。此外由于血流阻力驟然增加，血流動能轉換瘤內(nèi)壓力，導致瘤內(nèi)壓增加，血流速度減慢，瘤內(nèi)WSS下降。因此該模式的血流動力學特點是:瘤內(nèi)低血流速度，高壓力和低WSS［11］。

1.5 血流速度

圖1 動脈瘤的血流模式（圖中箭頭方向為血流的方向）

血流速度作為血流動力學上的重要參數(shù)，對動脈瘤的影響是多方面的，主要從2方面影響動脈瘤。一方面可通過影響WSS影響動脈瘤的發(fā)展: Ujiie等［18］對大腦前動脈-前交通動脈交界處血流動力學的研究發(fā)現(xiàn)，均一流速的血流對前交通動脈管壁的切應力幾乎為零，而血流速度不均一時可觀察到交叉血流和血流停滯點，停滯點附近的WSS顯著增高。另一方面它可通過影響沖擊域的大小影響動脈瘤的進展:Castro等［19］發(fā)現(xiàn)動脈瘤瘤體內(nèi)血流速度越快，瘤體WSS越高，受沖擊的區(qū)域越小，動脈瘤破裂的風險也越高。

2 形態(tài)學因素

形態(tài)學因素是影響動脈瘤發(fā)生、發(fā)展及破裂的重要因素。目前描述形態(tài)學因素指標較多，本文將其分為2方面——二維形態(tài)學參數(shù)和三維形態(tài)學參數(shù)進行歸納。二維形態(tài)學參數(shù)是指那些能被直接采集到，不需要進行三維重建的參數(shù)，主要包括動脈瘤的大小、位置、AR值、SR值、載瘤動脈曲度半徑、血管角以及動脈瘤角度。三維形態(tài)學參數(shù)是指通過三維重建得到的參數(shù)，主要有:波動指數(shù)、橢圓度指數(shù)、非球形指數(shù)以及體積瘤頸比。

2.1 二維形態(tài)學參數(shù)

動脈瘤的大小是影響動脈瘤發(fā)生、發(fā)展、破裂的重要因素。以前認為5～10 mm的動脈瘤容易破裂，＞10mm或＜5mm的不易破裂。但是越來越多的研究表明，動脈瘤越大其破裂風險越高。UCAS［20］計算不同大小的動脈瘤年破裂率，比較動脈瘤破裂風險的大小。結果如下:＜7 mm的動脈瘤不易破裂，5～6mm的動脈瘤與3～4mm動脈瘤破裂風險無明顯差別，平均年破裂率為1.13%，但是動脈瘤＞7mm時，動脈瘤的破裂風險與動脈瘤的大小呈正相關。7～9 mm的動脈瘤平均年破裂率為3.35%；10～24 mm的動脈瘤平均年破裂率為9.09%；25 mm或者更大的動脈瘤平均年破裂率更高為76.26%。另外，動脈瘤越大越容易生長:＜8 mm的動脈瘤，年生長率為6.9%，8～12 mm為25%，＞12 mm為83%［21］。增長的動脈瘤破裂風險為2.4%，比不增長的動脈瘤0.2%的破裂風險高出20多倍［22］。

動脈瘤的位置也是影響動脈瘤變化的重要因素。盡管有學者認為后循環(huán)動脈瘤破裂風險高于前循環(huán)，但越來越多的研究證實前交通動脈瘤跟其他位置動脈瘤相比更易發(fā)生破裂［23-25］。

AR值（aspect ratio，AR）是動脈瘤的瘤體高與瘤頸寬的比值，瘤體高是指瘤頂?shù)搅鲱i的最大垂直距離［26］。動脈瘤破裂風險與AR值呈正相關性，AR值越高，動脈瘤破裂的風險就越大。Tateshima等［27］研究認為AR的閾值應為1.6，因為當AR＞1.6后，動脈瘤破裂的風險顯著增加。

SR值（size ratio，SR）是瘤體長與載瘤動脈血管直徑的比值，瘤體長是指瘤頂至瘤頸的中心點最長距離，不一定是垂直距離（圖2）。它最先由Dhar等［23］提出，也與動脈瘤的破裂成正相關性。但其閾值，目前尚有爭議。Dhar等［23］認為其閾值為2，他們發(fā)現(xiàn)75%的破裂動脈瘤的SR＞2，而83%的未破裂動脈的SR≤2。而Rahman等［28］認為SR的閾值應為3。

動脈瘤內(nèi)的血流動力學會隨著載瘤動脈曲度半徑的變化而變化。Hoi等［14］研究發(fā)現(xiàn)隨著載瘤動脈曲度半徑的增加，在瘤頸遠側段的沖擊域、wss顯著增強。Avolio等［29］應用計算機流體動力學（computational fluid dynamics，CFD）技術研究發(fā)現(xiàn)瘤體大小和形態(tài)相當，在不同曲度血管上的動脈瘤，其血流速度明顯高于直行血管壁動脈瘤。

載瘤動脈軸線與瘤頸平面所形成的夾角為血管角（vessel angle，VA），即出口動脈與入口動脈夾角（圖2）。VA的大小與瘤內(nèi)壓力及WSS變化密切相關。VA越大，動脈瘤內(nèi)血液流出阻力越大，瘤內(nèi)血流速度越小，而瘤內(nèi)壓力越大，WSS越??；VA越小，動脈瘤內(nèi)血液流出阻力越小，瘤內(nèi)血流速度越大，而瘤內(nèi)壓力相對越小，WSS相對越大［30-31］。瘤體長軸與瘤頸平面形成的夾角為動脈瘤角度（aneurysm angle，AA）（圖2）。Dhar等［23］發(fā)現(xiàn)在AA與動脈瘤破裂呈正相關性，AA越大，動脈瘤破裂的風險越大。Lin等［32］更認為動脈瘤的破裂與VA、AA均密切相關。

2.2 三維形態(tài)學參數(shù)

近年來，隨著三維重建技術的日益成熟，對動脈瘤瘤體三維結構形態(tài)的研究越來越多，用于描述其形態(tài)結構的參數(shù)也在不斷完善。目前描述動脈瘤瘤體自身結構形態(tài)的三維參數(shù)主要有:波動指數(shù)、橢圓度指數(shù)、非球形指數(shù)。

圖2 動脈瘤的形態(tài)學示意圖

波動指數(shù)（undulation index，UI）反映動脈瘤瘤體凹陷程度的指標。其公式如下［33］:

式中VCH是在動脈瘤瘤體凸起部分的體積，V是動脈瘤瘤體總體積。UI隨著VCH的減小而逐漸增大，即動脈瘤由飽滿變扁平時，破裂風險增加。

橢圓度指數(shù)（elipticity index，EI）反映動脈瘤瘤體橢圓化程度的指標。其公式如下［33］:

式中VCH是在動脈瘤瘤體凸起部分的體積，SCH是動脈瘤瘤體凸起部分的表面積。EI隨著VCH和SCH比值的減少而增大，動脈瘤破裂的風險也在增加。當EI為0時，即動脈瘤瘤體呈完全規(guī)則球形時，EI最小，破裂風險也最小。

非球形指數(shù)（nonsphericity index，NSI）是對EI和UI的概括總結，它是反映動脈瘤瘤體凹陷和橢圓化程度的指標。其公式為［34］:

式中，V為動脈瘤瘤體的體積；S為瘤體的表面積。NSI也是隨著V和S的比值的減小而增大的，NSI越大，動脈瘤破裂的風險越大。

此外，體積瘤頸比（volume to neck ratio，VNR）也是三維形態(tài)學的重要參數(shù)，在預測動脈瘤破裂風險參數(shù)中，其重要性不亞于AR，實際上VNR和AR具有線性關系，因為它們都是反映瘤體大小與瘤頸大小程度的指標。研究發(fā)現(xiàn)動脈瘤體積越大，瘤頸越窄，流入動脈瘤內(nèi)的血流越慢，而低速血流容易導致動脈瘤的生長和破裂［35］。

2.3 其他因素

顱內(nèi)血管先天發(fā)育異常是導致動脈瘤的發(fā)生、發(fā)展、破裂的重要因素。因為血管變異會引起血流動力學的改變，而血流動力學的改變又可導致動脈瘤發(fā)生改變。以前交通動脈復合體為例，因為此處血管變異較多，大腦前動脈A1段常發(fā)生缺如，當A1段發(fā)生缺如時，同側的頸內(nèi)動脈只供應該側的大腦中動脈，因此其血流量減少，而對側的頸內(nèi)動脈需要供應其側的大腦中動脈及雙側的大腦前動脈，導致其血流量增加，從而引起血流動力學改變［36］。Alnaes等［37］發(fā)現(xiàn)，大腦前動脈A1段變異與前交通動脈瘤關系密切，以左側A1段優(yōu)勢多見，而前交通動脈瘤也以偏左側多見。種種跡象表明先天性血管發(fā)育異常是預測動脈瘤破裂的不可忽略的因素。

動脈瘤瘤內(nèi)壓力也是預測動脈瘤破裂的重要參數(shù)，對動脈瘤生長及破裂的影響是隨著動脈瘤的生長而增加，這解釋了臨床上所觀察到動脈瘤生長在初期較慢而到一定階段加快并易于發(fā)生破裂的現(xiàn)象［38］。但是由于缺乏足夠的病理狀態(tài)下瘤壁的生物力學參數(shù)，目前對于特定的動脈瘤尚無法準確計算瘤壁內(nèi)壓力。

此外如性別、吸煙、高血壓、相關的結締組織病、動脈瘤病史和家族史［39］，在判斷動脈瘤破裂風險時，也是不可忽略的因素。

上述各種評估動脈瘤破裂的參數(shù)及因素較多且繁雜，目前只是將它們作為預測動脈瘤破裂風險的重要因素，為臨床治療提供參考，尚未形成統(tǒng)一的標準。需要我們進一步研究和探索。

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The effect of hem odynam ic and m orphological factors on the rupture of intracranial aneurysm s

JIANG Guo-quan，F(xiàn)ANG Xing-gen，XU Shan-shui，ZHANG Lian-fu.Department of Neurosurgery，Affiliated Yijishan Hospital，Wannan Medical College，Wuhu，Anhui Province 241001，China

FANG Xing-gen，E-mail:fangxinggen@gmail.com

Along with the wide use of CT angiography and MR angiography in the clinical practice，more and more asymptomatic intracranial aneurysms have been detected.Clinically，it is of the first importance to identify these aneurysms that carry high risks to probably develop rupture as for these patients suitable treatment can be promptly adopted so as to ensure a satisfactory result.This paper aims tomake a brief review about hemodynamic and morphological risk factors that may cause the rupture of intracranial aneurysms.（JIntervent Radiol，2014，23:1109-1113）

intracranial aneurysm；hemodynamics；morphology

R578.1

A

1008-794X（2014）-12-1109-05

2014-06-04）

（本文編輯:李欣）

10.3969／j.issn.1008-794X.2014.12.023

弋磯山醫(yī)院人才引進基金（YR201105）

241001蕪湖皖南醫(yī)學院附屬弋磯山醫(yī)院神經(jīng)外科

方興根E-mail:fangxinggen＠gmail.com