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Glomerular filtration rate with MDCT
Dr Laurent Juillard, MD, PhDDépartement de Néphrologie, H. E. HerriotInserm ERI 22, Université de Lyon.Lyon, France
• Functional parameter definition • Tools : – EBCT – Spiral CT – MDCT
•Modeling methods – Gamma variate– Patlak
• Experimental data
Outline
The challenge of renal functional evaluation
Renal Functional Imaging
MRI PETCT SCAN / EBCTMDCT•Non invasive evaluation
• Split renal function
•Absolute quantification
Renal Functional parameters
Tissue InjuryBlood FlowPerfusion
REDUCTION Glomerular Filtration Rate
Oxygencontent GFROxydative
metabolism
CT , MR
CT , PET
PETMR BOLD CT, MR
•Gamma variate : »Glomerular filtration rate»Renal blood flow»Renal perfusion
Electron Beam Computed-Tomography
MDCT
• EBCT cardiac and renal functional imaging – Cortical and medulla volume– Regional blood flow, tissue perfusion– Glomerular filtration rate
• Split renal function
• Few evaluation in humans– Breath control
Electron Beam Computed-Tomography
EBCT: Principles
High temporal resolutionGood spatial resolution
Multi slices
Krier et al AJP, 2001
INJECTION VVC : 0,5 mL/kg, 15 mL/s
EBCT: gamma variate
Krier et al AJP, 2001
METHODS
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250Temps (s)
Dens
ité C
ortic
ale (H
U)DataVasculaireProximalDistalTotal
Renal blood flowGlomerular filtration rate
INJECTION VVC : 0,5 mL/kg, 15 mL/s
Intratubular concentration Index
Time (s)Cortical density (HU)
Krier et al AJP, 2001
Chade et al Circulation, 2001
Chade et al Circulation, 2001
PATIENTS
Hypertension
Unilateral RAS with FMD
MR or Conventional angiography
« Hemodynamically significant » US
Results: Regional Volumes
05
1015202530354045
Sténose Contra-lateralRein
Volum
e Rég
ional
(cm3
) CortexMedulla*
Stenosis Kidney ContralateralRegional volume (cm3)
Results: Blood Flow
0
50
100
150
200
250
Sténose Contra-lateralRein
Débit
Sang
uin R
énal
Régio
nal
(ml/m
in) CortexMedulla
*
Stenosis Kidney Contralateral
Regional Blood Flow
(mL/m
in)
Results: Perfusion
0
1
2
3
4
5
Sténose Contra-lateralRein
Perfu
sion R
égion
ale
(ml/m
in/g)
CortexMedulla
Stenosis Kidney Contralateral
Regional perfusion
(mL/m
in/g)
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2Rein
DFG
(ml/m
in)
Results: GFR
Sténose Contro-lateralStenosis Kidney Contralateral
Glomerular Flow Rate
(mL/m
in)
Pelaez et al NDT, 2005
Pelaez et al NDT, 2005
MDCT : Principles
Vs EBCTIdentical parameters
Daghini et al, Radiology, 2007
CorticalTDC MDCT EBCT
Daghini et al, Radiology, 2007
MDCT EBCTMedullaTDC
Daghini et al, Radiology, 2007
Daghini et al, Radiology, 2007
Gloviczki et al, Hypertension 2010
14 patients with ARAS14 patients with EHMRI BOLD for oxygen contentMDCT study
Gloviczki et al, Hypertension 2010
GFR ??
•Patlak : Glomerular filtration rate
Spiral CT Scanner
Tsushima et al, AJKD 99
Tsushima et al, AJKD 99
Tsushima et al, AJR 01
Tsushima et al, AJR 01
Hackstein et al, Radiology 05
Hackstein et al, Radiology 05
Hackstein et al, Radiology 05
Patlak GFR• Correlation between GFR Patlak and– Creatinine clairance– EDTA scintigraphy
• BUT– ROI cortex AND medulla– No comparaison with reference method
Dawson, Invest Radiol, 1993Miles, Br J Radiol, 1999Tsushima, AJKD, 1999Hackstein, Eur Radiol, 2001
Tsushima, AJKD, 1999
Daghini et al, Radiology, 2007
PATLAK
PATLAK r=0.12
Gamma Variater=0.79
PATLAK modified r=0.75
Daghini et al, Radiology, 2007
PATLAK
Gamma Variate -12+/-10
PATLAK modified -29+/- 12
Daghini et al, Radiology, 2007
Summary CTMost powerful method
GFR, RBF, Perfusion, ICT, Volume But
Remain invasiveContrast media toxicity
Validation ofRenal Perfusion and Glomerular Filtration Rate measurement with MDCT and low rate CM
Injection. Sandrine LEMOINE, Laurent JUILLARD
Aim •Validation of the measurement of–Cortical perfusion–Glomerular filtration rate
using MDCT•With a low rate CM injection (3mL/s) and using a peripheral vein injection•Using the gamma variate modeling •Using fluorescent microspheres as a reference for RBF and Inulin clearance for GFR
Images dynamiques sur 144 secondes au niveau d’une coupe du porc n°6 après injection de dopamine. Une image toute les secondes les 30 premières secondes puis
une image toutes les 6 secondes
Materiel et Methods
Régions d’intérêt tracée manuellement
Materiel et Methods
Vascular
Proximal peak
= Perfusion
= GFR
Gamma variate
Materiel et Methods
• 10 pigs• Protocole:
Dopamine10 µg/kg/min
Dopamine + SSI10 µg/kg/min
Angiotensine II(500ng/kg/min)
Sacrifice
DFG 3Urine + blood
DFG 1Urine + blood
DFG 2Urine + blood
MS 1 = Perf 1
MS 2= Perf 2
MS 3=Perf 3
MDCT:PERF 1GFR 1
MDCT:PERF 3GFR 3
MDCT:PERF 2GFR 2
Materiel et Methods
Dopamine Dopamine + SSI
Angiotensine II
NS
NS
NSNS *
Perfusion scannerPerfusion microsphères
*
Results Perfusion
Corrélation entre les mesures de perfusion avec le scanner et avec les microsphères.
y = 0,8421x + 0,2496R2 = 0,8758
R = 0,93
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6Perfusion Microspheres
(mL.min.-1.g-1)
Perfu
sion
MDC
T (m
L.min.
-1.g-1
)p<0.0001
Results Perfusion
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4 5 6
Mean (mL/min/g)
Perfu
sion
MDC
T-M
S
– 0,2 +/- 0,3 mL/min
Results Perfusion
Corrélation entre les mesures de DFG mesurée avec la clairance de l’inuline et avec le scanner.
R2 = 0,0006
020406080
100120140160
0 10 20 30 40 50 60GFR MDCT (ml/min)
GFR
inulin
e (ml
/min)
Results GFR gamma variate
Corrélation entre les mesures de DFG mesurée avec la clairance de l’inuline et avec le scanner.
Results GFR Patlak
y = 0,4844x + 13,186R2 = 0,4192
0
1020
30
4050
60
0 20 40 60 80GFR Patlak (mL/min)
GFR
Inulin
(mL/m
in)
ConclusionMost powerful functional imaging modality for quantitative assessment of renal performance
Limits : CM toxicity and high rate injection for gamma variate
Low rate injection : compartmental modeling to be tested for GFR