ウィリス動脈輪は脳血流のセーフティネットであると同時に、脳神経外科領域において最も警戒される部位でもあります。その理由は、くも膜下出血の主因となる嚢状脳動脈瘤の85〜90％がウィリス動脈輪およびその近傍の分岐部に発生するためです。
脳動脈瘤がこの場所に集中する背景には、解剖学・流体力学の観点から2つの明確な理由が存在します。
第一の理由は、激しい血流が衝突する「血管分岐部」の多さです。ウィリス動脈輪は複数の動脈が鋭角や直角に交わる特殊な幾何学的構造をしています。心臓から送り出された高圧の動脈血流は分岐部の頂点（分岐部先端）に直接激突し、局所的に強いずり応力（Wall Shear Stress）を発生させます。長年の高血圧や喫煙、加齢が加わることで、この衝撃を受ける部位の内皮細胞が障害されます。
第二の理由は、頭蓋内動脈特有の構造的脆弱性です。腕や足、腹部などの体動脈と異なり、脳の動脈は「外弾性板」を欠いており、中膜（筋肉層）も非常に薄いという組織学的特徴を持っています。血行力学的ストレスに晒され続けた分岐部の中膜が変性・菲薄化すると、内腔の圧力に耐えきれず風船のように膨らみ、動脈瘤が形成されます。
臨床的に確立されている脳動脈瘤の好発部位は以下の通りです。
- 前交通動脈分岐部（A-com瘤）：全体の約30％。血流が左右から合流・衝突するため極めて負荷が高い。
- 内頸動脈-後交通動脈分岐部（IC-P-com瘤）：全体の約25％。動眼神経が近接して走行しているため、動脈瘤が増大すると瞳孔不同や眼瞼下垂（動眼神経麻痺）の初発症状を呈することが有名です。
- 中大脳動脈分岐部（MCA瘤）：全体の約20％（※ウィリス動脈輪本幹から分岐した直後のM1/M2分岐部）。
- 脳底動脈先端部（Basilar Tip瘤）：全体の約5〜10％。
これらが破裂すると、くも膜下腔に高圧の血液が一気に噴出し、急激な頭蓋内圧亢進と激痛を引き起こすくも膜下出血に至ります。
