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