Quantification de la perfusion par échographie …files.chuv.ch/internet-docs/rad/medecins/documents/rad-jym... · perfusion par échographie perfusion par échographie de contraste

Department of Diagnostic and Interventional Radiology

Quantification de la Quantification de la perfusion par échographie perfusion par échographie

de contrastede contraste

PD Dr PD Dr médméd JeanJean--Yves Meuwly, MER Yves Meuwly, MER Service de Radiodiagnostic et Radiologie Service de Radiodiagnostic et Radiologie

Interventionnelle, CHUVInterventionnelle, CHUV--LausanneLausanne


Perfusion tissulairePerfusion tissulaire

••PerfusionPerfusion = Passage d’un fluide à = Passage d’un fluide à travers les vaisseaux d’un organetravers les vaisseaux d’un organe

••PerfusionPerfusion = Apport sanguin dans un = Apport sanguin dans un volume tissulaire par unité de tempsvolume tissulaire par unité de temps

••Perfusion Perfusion = ml sang / Min / 100g = ml sang / Min / 100g ••PerfusionPerfusion ≠≠ VascularisationVascularisation


Intérêt de la mesure de la perfusionIntérêt de la mesure de la perfusion

••Evaluation Evaluation des pathologies des pathologies abdominales inflammatoiresabdominales inflammatoires

••Caractérisation des lésions du foieCaractérisation des lésions du foie••Caractérisation des lésions Caractérisation des lésions

pancréatiquespancréatiques••Caractérisation des tumeurs rénalesCaractérisation des tumeurs rénales••Contrôle d’évolution des tumeursContrôle d’évolution des tumeurs••Contrôle d’évolution des maladies Contrôle d’évolution des maladies

inflammatoires inflammatoires ••Suivi des thérapies antiSuivi des thérapies anti--angiogèniquesangiogèniques


Quantification de la perfusionQuantification de la perfusion

••PETPET••SPECTSPECT••XenonXenon--CTCT••IRMIRM••CT de perfusionCT de perfusion

Wintermark, M., Maeder, P., Thiran, J.-P., Schnyder, P., and Meuli, R. Quantitative assessment of regional cerebral blood flows by perfusion CT studies at low injection rates: a critical review of the underlying theoretical models, Eur Radiol. 11: 1220-1230, 2001.

Cherry, S. R., Carnochan, P., Babich, J. W., Serafini, F., Rowell, N. P., and Watson, I. A. Quantitative in vivo measurements of tumor perfusion using rubidium-81 and positron emission tomography, J Nucl Med. 31: 1307-15., 1990

Weir, C., Bolster, A., Tytler, S., Murray, G., Corrigall, R., Adams, F., and Lees, K. Prognostic value of single-photon emission tomography in acute ischaemic stroke, Eur J Nucl Med. 24: 21-26, 1997.

Baird, A. and Warach, S. Magnetic resonance imaging of acute stroke, J Cereb Blood Flow Metab. 18: 583-609, 1998

Yonas, H., Gur, D., Classen, D., Wolfson, S., and Moossy, J. Stable xenon enhanced computed tomography in the study of clinical and pathologic correlates of focal ischemia in baboons, Stroke. 19: 228-239, 1988


Quantification de la perfusion par CTQuantification de la perfusion par CT

••Observation de la dynamique de Observation de la dynamique de prise de contrasteprise de contraste

••Méthodologie décrite en 1981 par Méthodologie décrite en 1981 par AxelAxel

••Premiers travaux en 1991 par MilesPremiers travaux en 1991 par Miles••Méthode de calcul à deux Méthode de calcul à deux

compartiments pour le foie décrite compartiments pour le foie décrite en 1995 par en 1995 par BlomleyBlomley

Axel L. A method for calculating brain blood flow with a CT dynamic scanner, Adv Neurol. 30: 67-71, 1981.

Miles KA. Measurement of tissue perfusion by dynamic computed tomography, Br J Radiol. 64:409-412, 1991

Blomley, M. J., Coulden, R., Dawson, P., Kormano, M., Donlan, P., Bufkin, C., and Lipton, M. J. Liver perfusion studied with ultrafast CT, J Comput Assist Tomogr. 19: 424-33., 1995


Modèles d’apport sanguinModèles d’apport sanguin

Artère Veine

ArtèreVeine

V. porte

Tissu

Tissu

Apport sanguin standardApport sanguin standard

Apport sanguin hépatiqueApport sanguin hépatique

Système Système monocompartimentalmonocompartimental

Système Système bicompartimentalbicompartimental

Principe dePrincipe de FickFickEquation Equation dede KetyKety--SchmidtSchmidt

Equation Equation du modèle à double du modèle à double remplissageremplissage


Cartes de perfusion cérébraleCartes de perfusion cérébrale

Flux sanguin

Volume sanguin

Temps de transit moyen


Cartes de perfusion abdominaleCartes de perfusion abdominale

Modèle Modèle monocompartimentalmonocompartimental

Modèle Modèle bicompartimentalbicompartimental


Cartes de perfusion abdominaleCartes de perfusion abdominale

Volume sanguinFlux sanguin Temps de transit


Valeurs normales de perfusionValeurs normales de perfusionml / min / 100gml / min / 100g AuteursAuteurs

Veine porteVeine porte 100100--150150 TsushimaTsushima

Artère hépatiqueArtère hépatique 1010--1515 TsushimaTsushima

Cortex rénalCortex rénal 500500--800800 LoteLote

Médullaire rénaleMédullaire rénale Ext. 100Ext. 100--250250Int. 20Int. 20--4040

LoteLote

RateRate 100100--200200 TsushimaTsushima

Lote C. Principles of renal physiology. 2nd ed. London: Croom Helm; 1987.

Tsushima Y, Unno Y, Koizumi J, Kusano S. Measurement of human hepatic and splenic perfusion using dynamic computed tomography: a preliminary report. Comput Methods Programs Biomed 1998;57(1-2):143-6.


Identification de la vascularisation par USIdentification de la vascularisation par US


PCUS comme traceur de perfusionPCUS comme traceur de perfusion

••Distribution uniforme dans le sangDistribution uniforme dans le sang••IntravasculaireIntravasculaire••Hémodynamiquement Hémodynamiquement inerteinerte••Propriétés rhéologiques semblables à Propriétés rhéologiques semblables à

celles des globules rougescelles des globules rouges••Relation linéaire entre concentration des Relation linéaire entre concentration des

microbulles et intensité du signal microbulles et intensité du signal mesurémesuré

••Stable durant les mesuresStable durant les mesures


Evaluation Evaluation de la perfusionde la perfusion

? ?? ?


EvaluationEvaluation de la perfusionde la perfusion


Quantification avec les PCUSQuantification avec les PCUS

••Evaluation Evaluation qualitativequalitative–– Rehaussements différentiés selon les tissusRehaussements différentiés selon les tissus

••Détermination semiDétermination semi--quantitativequantitative–– Courbe de transit (WashCourbe de transit (Wash--in / Washin / Wash--out)out)–– Contrast Burst Detection ImagingContrast Burst Detection Imaging

••Mesures quantitatives de la perfusionMesures quantitatives de la perfusion–– Courbes de destruction Courbes de destruction -- ReperfusionReperfusion

Lefevre F, Correas M, Briancon S, Helenon O, Kessler M, Claudon M. Contrast-enhanced sonography of the renal transplant using triggered pulse-inversion imaging: preliminary results. Ultrasound Med Biol2002;28(3):303-314.

Dill-Macky M, Burns P, Khalili K, Wilson S. Focal hepatic masses: enhancement patterns with SH U 508A andpulse-inversion US. Radiology 2002;222:95-102.

Wilkening W, Postert T, Federlein J, Kono Y, Mattrey R, Ermert H. Ultrasonic Assessment of Perfusion Conditions in the Brain and in the Liver. In: IEEE Ultrasonics Symposium; 2000; 2000. p. PW-8.

Wei K, Le E, Bin J, Coggins M, Thorpe J, Kaul S. Quantification of renal blood flow with contrast-enhanced ultrasound. J Am Coll Cardiol 2001;37(4):1135-1140.


Evaluation Evaluation qualitativequalitative


Evaluation Evaluation qualitativequalitative

2 sec 14 sec 19 sec 23 sec

32 sec 1 min 02 sec 1 min 30 sec 3 min 25 sec

Parenchyme hépatique

Lésion focale

Zeit

Intensité acoustique


Mesures semiMesures semi--quantitatives quantitatives

••Mesures quantitatives rapportées à Mesures quantitatives rapportées à d’autres mesuresd’autres mesures

••Pas de valeur absoluePas de valeur absolue••Conditionnées par:Conditionnées par:

–– Saturation en microbulles lors de l’injection en Saturation en microbulles lors de l’injection en bolusbolus–– Instabilité des microbullesInstabilité des microbulles–– Grande variabilité de la destruction des microbulles Grande variabilité de la destruction des microbulles

dans la zone focale et ailleursdans la zone focale et ailleurs

Claassen L, Seidel G, Algermissen C. Quantification of flow rates using harmonic grey-scale imaging and anultrasound contrast agent: an in vitro and in vivo study. Ultrasound Med Biol 2001;27(1):83-88.

Claudon M, Barnewolt C, Taylor G, Dunning P, Gobet R, Badawy A. Renal blood flow in pigs: changesdepicted with contrast-enhanced harmonic US imaging during acute urinary obstruction. Radiology1999;212(3):725-731.


Courbes de transit tissulaireCourbes de transit tissulaire


Courbes de transit tissulaireCourbes de transit tissulaire

Medullaire

ArtèreCortex rénal


Quantification par destruction Quantification par destruction

•• Détermination de la concentration des microbulles Détermination de la concentration des microbulles (MBC) lors du premier pulse d’une émission à haute (MBC) lors du premier pulse d’une émission à haute énergieénergie

•• Diminution de MBC sous l’effet de l’insonationDiminution de MBC sous l’effet de l’insonation•• Augmentation de MBC par le remplissage sanguinAugmentation de MBC par le remplissage sanguin

Wilkening W, Postert T, Federlein J, Kono Y, Mattrey R, Ermert H. Ultrasonic Assessment of Perfusion Conditions in the Brain and in the Liver. In: IEEE Ultrasonics Symposium; 2000; 2000. p. PW-8.

Destruction

RemplissageEquilibre


Destruction Destruction -- ReperfusionReperfusion••La cinétique de réapparition du contraste est La cinétique de réapparition du contraste est

dépendante du débit tissulairedépendante du débit tissulaire••En détruisant toutes les bulles avec une En détruisant toutes les bulles avec une

impulsion à haute énergie, il est ensuite impulsion à haute énergie, il est ensuite possible de suivre la réapparition du possible de suivre la réapparition du contrastecontraste

••Le rehaussement du signal est suivi à bas MILe rehaussement du signal est suivi à bas MI

Temps

Inte

nsité y = A(1y = A(1--expexp--ββtt))


Destruction Destruction -- ReperfusionReperfusion


V. porteV. porte


Cartes de perfusionCartes de perfusion

•• MethodeMethode : : –– Images au formatImages au format HDILab HDILab ((raw raw data)data)–– Programme sousProgramme sous MatlabMatlab–– Modèle du volume centralModèle du volume central

»» Fitting Fitting par maximum de vraisemblance par maximum de vraisemblance –– Cartes deCartes de rBVrBV et et rBFrBF

( )/( ) 1

Mean Transit Time (MTT) =Regional Blood Volume (rBV) : mesuré par volume partielRegional Blood Flow (rBF) = rBV/MTT

tC t A e τ

τ

−= −

Mesuré par volume partiel

Signal Processing InstituteSwiss Federal Institute of Technology



Images Images paramètriquesparamètriques


Sarcome rénalSarcome rénal


Destruction Destruction -- Reperfusion Reperfusion



Cartes de Cartes de perfusionperfusion


Echographie de perfusionEchographie de perfusion

–– Rein de cochon (BRACCO Research Geneva)Rein de cochon (BRACCO Research Geneva)

USAngiotensinAngiotensin ContrôleContrôle




-- Rein de cochon (BRACCO Research Geneva)Rein de cochon (BRACCO Research Geneva)

MTTAngiotensinAngiotensin ContrôleContrôle




-- Rein de cochon (BRACCO Research Geneva)Rein de cochon (BRACCO Research Geneva)

rBVAngiotensinAngiotensin ContrôleContrôle




–– Rein de cochon (BRACCO Research Geneva)Rein de cochon (BRACCO Research Geneva)

rBFAngiotensinAngiotensin ContrôleContrôle



Problèmes / QuestionsProblèmes / Questions

••Robustesse du fittingRobustesse du fitting–– Face au bruitFace au bruit–– Face au mouvementFace au mouvement

••Solutions:Solutions:–– Meilleures méthodes de fittingMeilleures méthodes de fitting–– Recalage d’imageRecalage d’image


ConclusionConclusion

••US et contrastes échographiquesUS et contrastes échographiques–– Technique largement accessibleTechnique largement accessible–– Non ionisantNon ionisant–– Pas de néphrotoxicitéPas de néphrotoxicité

••Quantification de la perfusion par USQuantification de la perfusion par US–– Evaluation Evaluation qualitative réalisée qualitative réalisée quatidiennementquatidiennement–– Evaluation Evaluation semisemi--quantitative possiblequantitative possible–– Mesures quantitatives en évaluationMesures quantitatives en évaluation

••Mesures quantitatives de la perfusionMesures quantitatives de la perfusion–– Evaluation Evaluation fonctionnelle des organesfonctionnelle des organes–– Suivi de thérapies antiSuivi de thérapies anti--angiogéniquesangiogéniques


Documents

Quantification de la perfusion par échographie …files.chuv.ch/internet-docs/rad/medecins/documents/rad-jym... · perfusion par échographie perfusion par échographie de contraste