A topological classification method of the superior mesenteric venous system affluent branches

Cover Page

Abstract


The authors propose a new classification of the venous return from the right half of the colon anatomical variants. The classification is based on the principles of topology and combinatorics. The article presents the data obtained from the topographic and anatomical study of the venous return from the right hemicolon collected from anatomical material (25 observations), and describes the coding algorithm in each case, allocating it to a particular class according to the proposed classification. A software package block diagram for semi-automatic retopology of venous return from the right half of the colon is also proposed.


Введение

Варианты ветвления и порядок соединения притоков верхней брыжеечной вены крайне разнообразны, а единого способа их описания и классификации в настоящее время не существует.

Один из вариантов классификации венозного оттока от правой половины толстой кишки предложили С.Д. Ли, С.С. Парк, М.Д. Ким и др. (Центр по изучению колоректального рака, Южная Корея). В результате этого исследования определены и классифицированы различные варианты отхождения ствола желудочно-ободочной вены. Авторы показали, что существуют два типа впадения этой вены: одна или две ободочные вены впадают в желудочно-ободочную вену или ствол этой вены отсутствует [1].

В анатомическом исследовании М.А. Кузу, Е. Исмаила, С. Целик и др. продемонстрировано, что в 100 % случаев от верхней брыжеечной артерии отходит а. ileocolica. A. colica dextra выявлена только в 33 % наблюдений. A. colica media обнаружена во всех случаях, а ветви, отходящие от этой артерии, — лишь в 11,7 %. Во всех наблюдениях (n = 111) выявлена v. ileocolica, которая впадала в верхнюю брыжеечную вену в 103 случаях, в желудочно-поджелудочно-двенадцатиперстную вену — в 7 наблюдениях, а в тощекишечную — только в одном
случае [2].

В исследовании Д. Альсабила, В.Р. Ким и Н.К. Ким описано наличие или отсутствие сосудов в рассматриваемой анатомической облас ти и их топографическое взаиморасположение. Авторами во всех случаях обнаружены a. colica media и a. ileocolica [3]. Подвздошно-ободочная артерия в большинстве случаев проходила кзади от верхней брыжеечной вены, хотя в отдельных случаях она располагалась кпереди от верхней брыжеечной артерии. Подвздошно-ободочная вена и средняя ободочная вена выявлены во всех случаях, в то время как правая ободочная вена отсутствовала в 50 % наблюдений [3].

Таким образом, различные авторы приводят в своих работах лишь обрывочные сведения о вариантной анатомии верхней брыжеечной вены, не предпринимая при этом попыток выстроить на основании своих данных единую стройную систему классификации.

Цель исследования — изучить на анатомическом материале варианты впадения притоков в верхнюю брыжеечную вену и предложить на основе полученных данных новую классификацию венозного оттока от правой половины толстой кишки.

Задачи исследования:

  1. выполнить топографо-анатомическое исследование вариантов впадения притоков в верхнюю брыжеечную вену;
  2. предложить топологическую классификацию вариантов ветвления в бассейне верхней брыжеечной вены;
  3. определить и обосновать возможные изменения тактики оперативного вмешательства при том или ином варианте венозного от тока.

Материалы и методы

Исследование проводили в патологоанатомическом отделении Александровской больницы на общей выборке, представленной 25 анатомическими объектами разного пола, разной возрастной группы, с разными типами тело сложения и разными причинами смерти (табл. 1). В топографо-анатомическое исследование были включены только те трупы, у которых не было оперативных вмешательств на органах живота. Фиксацию исследуемых анатомических объектов не производили, также трупы не подвергали воздействию низких температур. Результаты обрабатывали и учитывали в программе Microsoft Exсel (Microsoft Corporation), графические модели строили с помощью пакета программ CorelDraw Graphics Suite X3 (Corel Corporation). Все исследования на трупах были выполнены по протоколу, который был рассмотрен и одобрен этическим комитетом университета в начале научно-исследовательской работы в 2017 г.

 

Таблица 1. Распределение исследуемых анатомических объектов
по возрасту

Table 1. Distribution of the anatomical objects used in the study by age

Количество, n

25

Средний возраст умерших (лет), M ± SD

75,76 ± 15,12

min÷max

37÷94

Ме

80

 

Для оценки вариантов венозного оттока от правой половины толстой кишки выполняли препарирование в области правого брыжеечного синуса. Для этого весь тонкий отдел кишечника смещали влево, широко рассекали париетальную брюшину в области правой поверхности корня брыжейки тонкой кишки и с помощью тупфера деликатно отсепаровывали париетальную брюшину в латеральном направлении. После завершения отсепаровки выделяли все ветви верхней брыжеечной вены в области правого брыжеечного синуса (рис. 1, 2). Далее производили фотосъемку отпрепарированной области с помощью камеры Canon 1000D, а также делали эскиз.

 

Рис. 1. Вариант венозного оттока от правой половины толстой кишки (наблюдение 1): а — фотография анатомического препарата; b — эскиз. VMS — v. mesenterica superior, VIC — v. ileocolica, VCD — v. colica dextra, VPD — v. pancreatoduodenalis, VCM — v. colica media, VGED — v. gastroepiploica dextra

Fig. 1. Variant of venous return from the right half of the colon (observation 1): а — anatomical specimen image; b — sketch. VMS — superior mesenteric vein, VIC — ileocolic vein, VCD — right colic vein, VPD — pancreatoduodenal vein, VCM — middle colic vein, VGED — right gastroepiploic vein

 

Рис. 2. Вариант венозного оттока от правой половины толстой кишки (наблюдение 10): а — фотография анатомического препарата; b — эскиз. VMS — v. mesenterica superior, VIC — v. ileocolica, VCD — v. colica dextra, VPD(S) — v. pancreatoduodenalis superior, VPD(AI) — v. pancreatoduodenalis anterior inferior, VCM — v. colica media, VGED — v. gastroepiploica dextra

Fig. 2. Variant of venous return from the right half of the colon (observation 10): а — anatomical specimen image; b — sketch. VMS — superior mesenteric vein, VIC — ileocolic vein, VCD — right colic vein, VPD(S) — superior pancreatoduodenal vein, VPD(AI) — anteriorinferior pandreatoduodenal vein, VCM — middle colic vein, VGED — right gastroepiploic vein

 

На втором этапе работы выполняли построение (на основании ранее сделанных эскизов) и топологические преобразования (топологическое преобразование — взаимно однозначное и взаимно непрерывное преобразование объемной фигуры) объемных фигур, отражающих порядок впадения притоков верхней брыжеечной вены (рис. 3, 4). Для упрощения интерпретации полученных данных рассматривали лишь два порядка ветвей, впадающих в верхнюю брыжеечную вену.

 

Рис. 3. Топологические преобразования объемной фигуры впадения притоков верхней брыжеечной вены ( наблюдение 1)

Fig. 3. The topological conversion of the volume figures of the superior mesenteric venous system affluent branches (observation 1)

 

Рис. 4. Топологические преобразования объемной фигуры впадения притоков верхней брыжеечной вены ( наблюдение 10)

Fig. 4. The topological conversion of the volume figures of the superior mesenteric venous system affluent branches (observation 10)

 

Как видно из рис. 3 и 4, топологические преобразования позволяют привести любой вариант впадения притоков верхней брыжеечной вены к определенному топологическому типу, из которого путем дальнейших преобразований можно получить множество вариантов топологически однотипных анатомических вариантов. Стоит отметить, что если в структуре рассматриваемого анатомического варианта встречаются аркады, соединяющие ветви первого или второго порядка, то полученный топологический тип не будет аналогичен таковому без аркад — между ними невозможны топологические переходы (см. рис. 3, 4).

Практически во всех наблюдениях было выявлено приблизительно шесть постоянных притоков верхней брыжеечной вены: средняя толстокишечная вена, правая желудочно-сальниковая вена, верхняя поджелудочно-двенадцатиперстная вена, передняя нижняя поджелудочно-двенадцатиперстная вена, правая толстокишечная вена и подвздошно-ободочная вена.

Между шестью постоянными притоками существует пять топологических узлов (TN), в которых теоретически возможны два основных состояния: слияние и разделение (t/s). Кроме того, на некотором расстоянии от узла возможно образование соединяющей ветви аркады (a) (табл. 2).

 

Таблица 2. Методика определения топологического типа венозного оттока от правой половины толстой кишки (T/S/A-классификация)

Table 2. Method of determining the topological type of venous return from the right half of the colon (T/S/A-classification)

Обозначения

Наблюдение 1

Наблюдение 10

1

VCM

VCM

VCM

t/s/a

 

s

t

2

VGED

VGED

VGED

t/s/a

 

t

t

3

VPD(S)

VPD(S)

VPD(S)

t/s/a

 

t

t

4

VPD(AI)

VPD(AI)

VPD(AI)

t/s/a

 

s

t

5

VCD

VCD

VCD

t/s/a

 

t

s

6

VIC

VIC

VIC

Топологический тип

s2tst

4ts

Примечание. VCM — v. colica media; VGED — v. gastroepiploica dextra; VPD(S) — v. pancreatoduodenalis superior; VPD(AI) — v. pancreatoduodenalis anterior inferior; VCD — v. colica dextra; VIC — v. ileocolica.

 

Определить количество топологических  узлов можно по следующей формуле:

nTN = B – 1,

где nTN — количество топологических узлов; B — количество притоков.

Так как в каждом узле с наибольшей вероятностью возможно осуществление двух состояний — t/s, общее количество всех возможных вариантов внутри данного топологического типа будет вычисляться по формуле

P = 2(B – 1),

где P — количество вариантов впадения; B — количество притоков.

Можно рассчитать, что при шести постоянных притоках общее количество возможных вариантов впадения составит 25 = 32. Если же учитывать вероятность наличия соединяющих аркад (а), то тогда количество вариантов составит уже 35 = 243.

В табл. 2 приведена методика топологической классификации вариантов впадения притоков верхней брыжеечной вены на примере наблюдений 1 и 10. Выполнена нумерация от 1 до 6 постоянных притоков верхней брыжеечной вены, причем за каждым притоком закреплен определенный номер (см. табл. 2). Между номерами, соответствующими притокам, в таблице находятся строки, соответствующие «топологическим узлам », в которых возможны три состояния: слияние/разделение (t/s) и образование аркад (а).

В случае когда соседние ветви сливаются в один ствол при впадении в верхнюю брыжеечную вену, топологическому узлу присваивается значение t, при раздельном впадении — обозначение s, при наличии аркад — а. Кроме того, для осуществления кодировки согласно предложенному принципу необходимо дополнительное введение допущения, согласно которому при отсутствии той или иной «постоянной ветви» она считается впадающей в вышележащую ветвь.

Результаты

Результаты исследования в виде цифровых фотографий с обозначениями поясняющих эскизов и кодировкой согласно T/S/A-клас сификации приведены в табл. 3.

 

Таблица 3. Результаты топографо-анатомического исследования

Table 3. Results of the topographic-anatomical studies

Фото/эскиз

T/S/A

Фото/эскиз

T/S/A

1

 

s2tst

8

 

4ts

2

 

4ts

9

 

4ts

3

 

s3ts

10

 

s3ts

4

 

4ts

11

 

s3ts

5

 

4ts

12

 

2tsts

6

 

4ts

13

 

s3ts

7

 

s2t2s

14

 

4ts

15

 

4ts

21

 

4ts

16

 

5s

22

 

s3ts

17

 

s4t

23

 

2s2ts

18

 

s3ts

24

 

s3ts

19

 

5s

25

 

s3ts

20

 

4ts

   

 

Из 32 теоретически возможных топологических вариантов в данном исследовании было выявлено 8. Распределение отдельных топологических типов представлено в табл. 4 и на рис. 5.

 

Рис. 5. Распределение отдельных топологических типов в выборке (n = 25)

Fig. 5. Distribution of individual topological types in the sample (n = 25)

 

Таблица 4. Распределение отдельных топологических типов в выборке

Table 4. Distribution of individual topological types in the sample

Топологический
тип

n

%

1

4ts

10

40

2

s3ts

8

32

3

5s

2

8

4

s2tst

1

4

5

s2t2s

1

4

6

2tsts

1

4

7

s4t

1

4

8

2s2ts

1

4

 

Перспективы дальнейшей разработки темы

На основе предложенной классификации разрабатывается метод предоперационного планирования правосторонней гемиколонэктомии, основанной на данных, полученных с помощью компьютерной томографии (рис. 6). Трехмерная реконструкция и сегментация анатомических структур осуществляются с использованием open-source-библиотек VMTk (Vascular Mode ling Toolkit) и ITK (Insight Segmentation and Registration Toolkit) для Python [5, 6]. Полученный трехмерный объект перестраивается в блоке ретопологии в соответствии с предложенной классификацией. Результатом преобразований является упрощенная, но топологически эквивалентная интерпретация притоков верхней брыжеечной вены, которая позволяет хирургу спланировать клипирование, пересечение или резекцию венозного сегмента зоны интереса.

 

Рис. 6. Блок-схема программного комплекса для полуавтоматической ретопологии притоков верхней брыжеечной вены

Fig. 6. Flowchart of the software complex for semi-automatic retopology of influx superior mesenteric vein

 

Выводы

  1. При выполнении топографо-анатомического исследования было определено множество вариантов впадения притоков верхней брыжеечной вены и слияния их между собой, при этом подвздошно-ободочная вена наиболее редко сливалась с другими притоками и имела относительно постоянное место впадения в верхнюю брыжеечную вену.
  2. В результате кодировки и классификации выявленных вариантов на основании принципов топологии и комбинаторики было установлено, что наиболее часто встречающимися топологическими типами являются 4ts и s3ts: соответственно 10-е и 8-е наблюдение из 25.
  3. Топологический вариант 4ts подразумевает повышенный риск возникновения осложнений при перевязке общего ствола, образующегося при слиянии постоянных притоков верхней брыжеечной вены.

Semen A. Simbirtsev

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

Email: Semen.Simbirtcev@szgmu.com

Russian Federation, 41, Kirochnaya street, Saint-Petersburg, 191015

Доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН, Заслуженный деятель науки РСФСР, лауреат премии Правительства РФ в области образования (1999), Почетный доктор Санкт-Петербургской медицинской академии последипломного образования Министерства здравоохранения РФ, действительный член Петровской академии наук и искусств, руководитель ведущей научно-педагогической школы Санкт-Петербурга в области деятельности «Хирургия», член комиссии по помилованию при губернаторе Санкт-Петербурга.

Evgeniy M. Trunin

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

Email: etrunin@mail.ru

Russian Federation, 41, Kirochnaya street, Saint-Petersburg, 191015

Заведующий кафедрой оперативной клинической хирургии с топографической анатомией, д.м.н., профессор

Aleksandr A. Smirnov

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

Email: savmeda@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2661-3759
41, Kirochnaya street, Saint-Petersburg, 191015

MD, PhD, Associate Professor of the  Department of operative and clinical surgery with topographic anatomy
North-Western State Medical University named after I.I.Mechnikov, Saint-Petersburg, Russia
Project manager, editor of the international periodic scientific and practical peer-reviewed journal "BALTIC FORUM OF CONTEMPORARY ENDOCRINOLOGY" (official journal of the Association of Neuroimmunoendocrinology Research).

Rustem E. Topuzov

North-Western State Medical University named after I.I.Mechnikov

Email: rustem_topuzov@yahoo.com

Russian Federation, 41, Kirochnaya street, Saint-Petersburg, 191015

Azat I. Nazmiev

North-Western State Medical University named after I.I.Mechnikov

Email: azat.nazmiev1995@gmail.com

Russian Federation, 41, Kirochnaya street, Saint-Petersburg, 191015

Artur L. Ovsepyan

Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI", Department of bioengineering systems

Email: aqturovsepyan@gmail.com

Russian Federation, 197376, Saint-Petersburg, Professor Popovs st., Apt 5

Pavel A. Sizov

North-Western State Medical University named after I.I.Mechnikov

Author for correspondence.
Email: dunkfree12@gmail.com

Russian Federation, 41, Kirochnaya street, Saint-Petersburg, 191015

Aleksandr V. Aleksandrov

North-Western State Medical University named after I.I.Mechnikov

Email: a.west96@mail.ru

Russian Federation, 41, Kirochnaya street, Saint-Petersburg, 191015

Pavel V. Filonov

North-Western State Medical University named after I.I.Mechnikov

Email: neuropavel@gmail.com

Russian Federation, 41, Kirochnaya street, Saint-Petersburg, 191015

  1. Lee SJ, Park SC, Kim MJ, et al. Vascular Anatomy in Laparoscopic Colectomy for Right Colon Cancer. Dis Colon Rectum. 2016;59(8):718-724. doi: 10.1097/DCR.0000000000000636.
  2. Kuzu MA, İsmail E, Çelik S, et al. Variations in the Vascular Anatomy of the Right Colon and Implications for Right-Sided Colon Surgery. Dis Colon Rectum. 2017;60(3):290-298. doi: 10.1097/DCR.0000000000000777.
  3. Alsabilah J, Kim WR, Kim NK. Vascular Structures of the Right Colon: Incidence and Variations with Their Clinical Implications. Scand J Surg. 2017;106(2):107-115. doi: 10.1177/1457496916650999.
  4. Klauss M, Schöbinger M, Wolf I, et al. Value of three-dimensional reconstructions in pancreatic carcinoma using multidetector CT: Initial results. World J Gastroenterol. 2009;15(46):5827-5832.
  5. http://www.vmtk.org.
  6. https://itk.org.

Supplementary files

Supplementary Files Action
1. Fig. 1. Variant of venous return from the right half of the colon (observation 1): а — photograph of the anatomical preparation; b — sketch. VMS — superior mesenteric vein, VIC — ileocolic vein, VCD — right colic vein, VPD — pancreatoduodenal vein, VCM — middle colic vein, VGED — right gastroepiploic vein View (408KB) Indexing metadata
2. Fig. 2. Variant of venous return from the right half of the colon (observation 10): а — photograph of the anatomical preparation; b — sketch. VMS — superior mesenteric vein, VIC — ileocolic vein, VCD — right colic vein, VPD(S) — superior pancreatoduodenal vein, VPD(AI) — anteriorinferior pandreatoduodenal vein, VCM — middle colic vein, VGED — right gastroepiploic vein View (338KB) Indexing metadata
3. Fig. 3. The topological conversion of the volume figures of the superior mesenteric venous system affluent branches (observation 1) View (124KB) Indexing metadata
4. Fig. 4. The topological conversion of the volume figures of the superior mesenteric venous system affluent branches (observation 10) View (135KB) Indexing metadata
5. Fig. 5. Distribution of individual topological types in the sample (n = 25) View (73KB) Indexing metadata
6. Fig. 6. Flowchart of the software complex for semi-automatic retopology of influx superior mesenteric vein View (285KB) Indexing metadata

Views

Abstract - 148

PDF (Russian) - 127

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2018 Simbirtsev S.A., Trunin E.M., Smirnov A.A., Topuzov R.E., Nazmiev A.I., Ovsepyan A.L., Sizov P.A., Aleksandrov A.V., Filonov P.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.