托马斯·威利斯（Thomas Willis，1621–1675）是17世纪英国著名的神经解剖学家，写有多部医学著作，其中最著名的是1664年出版的《大脑解剖》，对后来大脑和神经科学的研究影响深远，在出版后近二百多年的时间中一直被视为权威著作。书中描述的大脑解剖学结构非常准确，图谱堪称完美，他本人也因此被认为是临床神经科学的创立者。他之所以选择大脑解剖的研究，是因为他认为通过解剖可以了解灵魂。大脑解剖起，神经科学兴。他将脑神经分为10对，前6对的研究成果沿用至今。他后期发现偏头痛常常始于神经末梢的抽搐，基于这一点他提出血管学假说，即认为是血管舒张刺激神经造成了头痛。但这些成就均不及他对大脑基底部环状血管结构的详细描述，就是现在所说的“大脑动脉环”，是以威利斯的名字命名的，称为Willis环（The Circle of Willis），他不是第一次描述，但他的描述是最准确的。威利斯在发现大脑动脉环后，不仅给出了准确的解剖图谱，而且对其功能也进行了深入讨论，故以他的名字命名也恰如其分。人们现在通过Willis环记住了威利斯，这也正是Willis环重要性的体现。Willis环是脑内最耀眼的环，最重要的环。生活中圆形、环状的东西有很多，我们的大脑是圆的，现在你还知道，其实大脑里面有最著名的Willis环，它就像闪亮红星一样，散散发光，特别耀眼。Willis环，又被称为大脑动脉环，是指供应脑组织的动脉在脑底形成的环状结构。它是颅内最重要的侧支循环途径，将双侧大脑半球和前、后循环联系起来。由双侧大脑前动脉始段、双侧颈内动脉末端、两侧大脑后动脉及前、后交通动脉连通而成。Willis环可以对供应脑组织的动脉进行血液调配，防止脑血液循环的过剩或不足。Willis环可以减弱颈内动脉系统和椎基底动脉系统内压力和流量的正常瞬时差异。当组成Willis环的某一动脉或某一部分出现阻塞或者狭窄，如动脉粥样硬化、血栓栓塞，可以通过调节其他血管的血流量弥补缺少的部分，提供灌注的替代途径，保证脑的血流灌注，避免出现缺血症状，维持脑的营养和机能活动。
Willis环的结构变异率较高。在一项对1413个大脑的解剖研究中，只有34.5%的对象拥有经典的Willis环解剖结构，而大多数个体可见变异的Willis环（缺如或发育不全）。Willis环的变异包括其组成血管的缺如以及直径的变化，血管直径＜1mm定义为发育不良。解剖变异可分为两大类：1、前循环变异，前交通动脉变成一条大血管，而单一一条颈内动脉供应两条大脑前动脉。2、后循环变异，大脑后动脉近端部分狭窄，而其同侧后交通动脉增大，使得颈内动脉供应后脑组织。相对于西方国家人群，中国人群的Willis环结构变异率较高，且后循环变异率远远高于前循环。对中国170名健康成年人进行的一项CTA研究显示，Willis环的结构变异率为73%，其中前循环变异率为14%，后循环变异率为59%。A1段发育不全或缺失在性别上有显著差异（男性对女性：9.8%对18.8%），尤其是右侧A1（男性对女性：5.9%对16.4%）。男性比女性更常见双侧后交通动脉发育不全或缺失（58.2%对45.3%），单侧胚胎型大脑后动脉多见于女性比男性（17.2%对8.5%）。国际上则主要采用deRooij等在2009年提出的分类方法。该种分型从整体出发，将前后循环是否完整体现出来，还体现了个体变异和发育方面的信息。Ⅰ型：Willis环各组成血管均存在，且直径均>0.8mm，即Willis环完整型；Ⅱ型：一侧A1直径小于对侧33%，即A1发育不对称型；Ⅲ型：一侧或双侧PCoA直径<0.8mm，即PCoA发育不全型；Ⅳ型：胚胎型大脑后动脉，后交通动脉管径大于同侧大脑后动脉的P1段，或同侧大脑后动脉P1段纤细、缺如。大脑侧支循环分为一级侧支循环、二级侧支循环和三级侧支循环。而作为一级侧支循环的Willis环是主要的侧支循环，也是最重要的。Willis环变异与脑缺血的发生密切相关。单侧颈内动脉闭塞时，Willis环不完整会使脑梗死风险增高1/6；如合并对侧颈内动脉闭塞，则脑梗死风险增高3倍以上。Willis环前交通动脉变异与脑梗死的发生有密切相关性，是脑梗死的危险因素。一项研究纳入了卒中患者，分析了胚胎型大脑后动脉与卒中病因的关系，结果显示近一半存在完全性胚胎型大脑后动脉的卒中患者病因为大动脉病变性病因（40.0%，20/50），而部分性胚胎型大脑后动脉的卒中患者仅为31.3%（25/80），无变异的为24%（97/404）；完全性胚胎型大脑后动脉的卒中患者以小血管病变为病因的比例明显低于部分性胚胎型大脑后动脉的卒中患者（23.8%，19/80）和无变异的患者（21.8%，88/404），仅为12%。因此，Willis环变异与卒中的关系非常密切，应该关注。侧支循环与急性缺血性卒中的预后、溶栓与机械取栓良好预后也存在明确关系，Willis环变异也与AIS的预后有关。从颅内动脉瘤的好发部位来看，其多发生在脑动脉分支、分叉或急剧转弯处及其临近区域，其中以Willis环区域最为常见，后交通动脉和颈内动脉交界处、前交通动脉和大脑前动脉的连接处是动脉瘤的好发部位。Willis环变异是颅内动脉瘤发生的危险因素之一。前、后交通动脉是Willis环中最常发生变异的区域，也是颅内动脉瘤的最高发区域。Willis环结构畸形，如前循环的不对称性，通过产生血管内血流动力学的局部改变，可能为动脉瘤的发展提供力学基础。Willis环变异通常与动脉瘤破裂有关，因此Willis环变异的存在是患者选择预防性动脉瘤治疗的重要参考指标。（1）前循环变异对血流动力学的影响：若单侧A1段动脉发育纤细或缺如，同侧的颈内动脉只供应同侧大脑中动脉，而对侧颈内动脉则需供应该侧大脑中动脉和双侧大脑前动脉，进而导致另一侧A1段动脉的血流代偿性增加，血管内血流丰富，血管内血液流速和管壁切应力增加，较易形成涡流。此外，血液会通过前交通动脉流向对侧，血流在转角处形成高血管壁剪切力。（2）后循环变异对血流动力学的影响：在胚胎发育阶段大脑后动脉是颈内动脉的分支，成年后大脑后动脉P1段发育不良或缺如，则其血液供应来自于颈内动脉，称为胚胎型大脑后动脉。当大脑后动脉由颈内动脉通过后交通动脉供血时，来自于颈内动脉的巨大血流冲击力使同一侧的后交通动脉起始处的血流加快，血管壁血管壁剪切力显著增加，压力增高导致血管分叉处出现湍流，长时间的过度牵拉和摩擦使血管壁变薄而发生损伤，这可以解释临床上胚胎型大脑后动脉常常伴随后交通动脉瘤的现象。Willis环的形态每个人都不一样，它代表着上天赐给你的一份独特个体。只有当你进行头部CTA、MRA或DSA检查时，脑内五环才会呈现，表现出十足的个体性。Willis环的完整与变异，缤彩纷呈。Willis环的变异还可能与高血压、脑白质病变有关，还可能有很多我们都不知道的秘密。你的Willis环到底是哪一型？对于Willis环变异的病因目前尚未完全阐明。一些研究显示Willis环变异是遗传因素所致，根据对颅内动脉瘤家族进行的家庭研究显示，后交通动脉的变异具有遗传性，其他因素如母亲先兆子痫，也会改变Willis环变异的发展；如早产会影响Willis环变异的形成。面对变异，目前我们并不能改变，我们只能去适应。因为变异，发生卒中风险，以及发生中风后的严重程度均会改变，我们目前能做的是：如果Willis环变异（Willis环不完整），一级代偿有限，则尽量做好健康防护，减少卒中发生风险；同时注意及时复查，警惕动脉瘤的出现及破裂风险。[1] Vrselja Z, Brkic H, Mrdenovic S, et al. Function of circle of Willis[J]. J Cereb Blood Flow Metab, 2014; 34(4): 578-84.[2] Alpers B J, Berry R G,Paddison R M. Anatomical studies of the circle of Willis in normal brain[J]. AMA Arch Neurol Psychiatry, 1959; 81(4): 409-18.[3] Shaban A, Albright K C, Boehme A K, et al. Circle of Willis Variants: Fetal PCA[J]. Stroke Res Treat, 2013; 2013: 105937.[4] Sanchez van Kammen M, Moomaw C J, van der Schaaf I C, et al. Heritability of circle of Willis variations in families with intracranial aneurysms[J]. PLoS One, 2018; 13(1): e01
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