Analyse de la fonction rénale séparée et de l'excrétion urinaire par IRM Application au Syndrome de la jonction pyélourétérale C LEFORT (1), JN DACHER (2) (1) PARIS - FRANCE, (2) ROUEN - FRANCE
Sommaire Objectifs Problématique générale Comment réaliser l examen? Comment interpréter l examen?
Objectifs Favoriser le développement de l'irm dynamique rénale dans l'évaluation fonctionnelle des obstructions congénitales Les objectifs pédagogiques sont : de comprendre le principe de l IRM fonctionnelle rénale dans le cadre de l obstruction de comprendre l analyse IRM de la fonction rénale séparée et de l excrétion.
Problématique générale Analyse de la fonction rénale séparée et de l'excrétion urinaire par IRM : pourquoi? Comment?
IRM : Problématique générale : pourquoi? Technique non irradiante Sans risque chez patient insuffisant rénal (aux doses usuelles du Gadolinium) Technique validée pour l étude morphologique et angiographique de l appareil urinaire L apparition des séquences rapides permet l acquisition de séquences dynamiques.
Problématique générale : Comment? Par l étude des mêmes paramètres que la scintigraphie au MAG 3- Lasilix : excrétion et fonction rénale différentielle La scintigraphie est actuellement l examen de référence pour l étude des syndromes de la jonction
Scintigraphie au MAG 3- Lasilix Buts Principe Critères d interprétation
Scintigraphie au MAG 3-Lasilix Buts Evaluation de l excrétion rénale : affirmer le syndrome obstructif Détermination de la fonction rénale différentielle : C est la contribution de chaque rein à la fonction rénale globale Elle guide la prise en charge thérapeutique
Scintigraphie au MAG 3-Lasilix Principe Etude de la captation et de l excrétion rénales Par acquisitions répétées pendant 40 minutes Après injection d un isotope radioactif à tropisme rénal : MAG 3* - Tc 99m Avec une injection de Lasilix à la 20 ème minute Mercapto-acétyl-triglycine
Scintigraphie au MAG 3-Lasilix Interprétation Repose sur l étude de la radioactivité en fonction du temps dans une région d intérêt (ROI)
Le dessin d une ROI globale (sur toute l aire rénale) donne une courbe de radioactivité en fonction du temps Avec une portion ascendante correspondant à la captation du produit de contraste par le parenchyme rénal : reflète la fonction rénale Une portion descendante : reflète l excrétion de l isotope
Fonction rénale différentielle = rapport rein droit / rein gauche de l aire sous la courbe entre 2 et 3 minutes
Evaluation de l excrétion Basée sur l aspect de la 2ème partie de la courbe avant et après Lasilix selon les critères de O Reilly Lasilix
Grade I = excrétion normale Élimination spontanée de l isotope Grade III a = Stase avec vidange complète Critères de O Reilly - 4 Grades Grade II = Obstruction Accumulation de l isotope Grade III b = Stase avec vidange incomplète Pas d élimination spontanée de l isotope Mais vidange complète après Lasilix Pas d élimination spontanée de l isotope Vidange incomplète après Lasilix
Comment réaliser une IRM fonctionnelle dans l étude des syndromes de jonction? Principe Réalisation pratique
Principe de IRM fonctionnelle principe de base séquence dose de Gadolinium
Principe de l IRM fonctionnelle Etude de la captation et de l excrétion rénales Par acquisitions répétées pendant 40 minutes Après injection d un produit de contraste à élimination rénale : Gadolinium DTPA Avec une injection de Lasilix à la 20 ème minute
Scintigraphie Problème IRM Radioactivité Intensité du signal Concentration du capteur Concentration en Gadolinium Pas de relation linéaire entre concentration du gadolinium et intensité du signal Avec chute du signal aux fortes concentrations par effet T2
Quelle séquence utiliser? Les contraintes techniques : Etude dynamique haute résolution temporelle Forte pondération T1 TR et TE courts, Angle de bascule de 90 La seule séquence qui peut être utilisée est une séquence en écho de gradient rapide Après vérification de la linéarité de la relation entre l intensité du signal et la concentration du gadolinium à l aide d un fantôme
Nous avions 2 séquences en écho de gradient rapide à notre disposition * : Séquence TFE (Turbo Field Echo) : 5.7 / 2.8 / 90 Séquence FFE (Fast Field Echo) : 4.4 / 1.5 / 90 Nous avons testé ces séquences à l aide d un fantôme constitué de tubes à essai contenant des concentrations croissantes en Gadolinium comprises entre 0 et 50 mmol/l. le signal a été mesuré à l aide de courbes intensité concentration *1 T Philips, Gyroscan NT
2500 Intensité du signal 2000 1500 1000 500 TFE FFE 0 0 10 15 20 30 40 50 60 Concentration du gadolinium (mmol/l) Concentration du gadolinium (mmol/l) C est avec la séquence FFE que la relation est la plus linéaire, en particulier dans les concentrations physiologiques intrarénales (0-15mmol/l)* *Rohrschneider W K, Pediatric Radiology 2000;30:511-22.
Dose de Gadolinium Pour éviter la survenue d un effet T2, nous avons choisi d utiliser le 1/4 de la dose habituelle de Gadolinium soit 0,025 mmol/kg = 0,05 ml/kg Selon les recommandations de Taylor* Intensité du signal Concentration en Gadolinium *Taylor et al. Magnetic Resonance Imaging 1997. 6;637-49
Réalisation pratique de l examen mise en condition du patient acquisition
Mise en condition du patient Voie d abord veineuse et hydratation préalable Préparation : d une seringue de Gadolinium (Magnévist ) au ¼ de la dose habituelle (0,05 ml/kg) d une purge de sérum physiologique (20cc) Installation : Décubitus dorsal, Antenne abdominale phased -array, Matrice : 151x256, FOV : 350-450 mm
Acquisition Repérage des reins dans les 3 plans de l espace à l aide d une séquence en inversion récupération (SPIR TSE) axial Parasagittal droit Parasagittal gauche sélection d une coupe coronale oblique de 10 mm d épaisseur passant par les 2 sinus rénaux
Acquisition Injection de 0,05 ml/kg de Gadolinium (Magnévist ) Acquisitions FFE* répétées de la coupe coronale oblique sélectionnée selon le protocole suivant * 1T ( 4,4 ms/1,5 ms/90 )
Acquisition Fréquence des séquences Délai après injection de Gadolinium Toutes les 5 secondes Jusqu'à 5 minutes Toutes les 30 secondes Jusqu'à 20 minutes Injection de 0,6 mg/kg de Lasilix à 20 minutes Toutes les minutes Jusqu'à 30 minutes 1 séquence à 35 minutes 1 séquence à 40 minutes
Avant IV Temps précoce Temps parenchymateux Excrétion progressive
Comment interpréter une IRM fonctionnelle pour syndrome de jonction? principe en pratique
Principe d interprétation principe général principe d interprétation de la fonction rénale différentielle principe d interprétation de l excrétion
Interprétation Principe Repose sur le dessin de 3 régions d intérêt (ROI) 1 ROI parenchymateuse placée latéralement, exclut volontairement les pôles rénaux, pour s affranchir des mouvements respiratoires sert au calcul de la fonction rénale différentielle 1 ROI globale Englobe le parenchyme et les cavités excrétrices permet l étude de l excrétion Ces 2 ROI sont reproduites automatiquement sur toutes les acquisitions, permettant une étude de l intensité du signal en fonction du temps
Interprétation Principe La 3ème ROI concerne la totalité du parenchyme rénal,y compris les pôles L objectif est de faire une estimation du volume rénal par la mesure du nombre de pixels parenchymateux participant à la fonction participe au calcul de la fonction rénale différentielle
Fonction rénale différentielle La reproduction automatique de la ROI parenchymateuse sur toutes les séquences permet d obtenir une courbe d intensité en fonction du temps
Cette courbe présente 3 portions : Une ascension brutale et fugace du signal, correspondant au passage vasculaire du bolus de gadolinium. Son maximum est appelé pic vasculaire et son minimum «P level» Une ascension progressive du signal, correspondant à la captation du Gadolinium par le parenchyme rénal, jusqu à un maximum que nous appelons pic glomérulaire Une chute progressive du signal correspondant à l excrétion Pic vasculaire Pic glomérulaire P level
Pour le calcul de la fonction rénale différentielle, seule la première partie de la courbe (captation) nous intéresse; Pour mieux l analyser, on limite l étude aux 10 1ères minutes d examen (600 secondes) en modifiant l échelle des abscisses
Fonction rénale différentielle 1 La contribution de chaque rein à la fonction rénale globale (en %), est évaluée par le calcul, pour chaque rein, de l aire sous la courbe entre le P Level et le pic glomérulaire selon la formule suivante : Courbe parenchymateuse du rein droit SANS CORRECTION DE VOLUME : REIN DROIT REIN GAUCHE Courbe parenchymateuse du rein gauche a x b a' x b' X = Y = 2 2 X + Y correspond à 100% d'où X x 100 % RD correspond à X + Y
Fonction rénale différentielle 2 Le calcul précédent correspond à la mesure d une moyenne de signal par pixel Pour évaluer la fonction de tout le rein, il faut la multiplier par le nombre de pixels parenchymateux fonctionnels (ROI n 3) (Signal / pixel) x nombre de pixels = fonction de tout le rein Au final, le calcul de la fonction rénale différentielle se fait par la formule suivante : AVEC CORRECTION DE VOLUME : REIN DROIT REIN GAUCHE X' = a x b a' x b' x pixels RD Y' = 2 2 x pixels RG X' + Y' correspond à 100% d'où X' x 100 % RD correspond à X' + Y'
Rein droit Exemple Rein gauche Largeur 13,5 DROITE Hauteur 300 52,80% Pixel 731 Largeur 8,5 GAUCHE Hauteur 270 47,20% Pixel 1152 300 270 13,5 8,5
Analyse de l excrétion Basée sur l aspect de la courbe spontanée et après Lasilix Grade I = excrétion normale Grade II = Obstruction Grade III a = Stase avec vidange complète Selon les Critères de O Reilly - 4 Grades Grade III b = Stase avec vidange incomplète
Comment interpréter une IRM fonctionnelle pour syndrome de jonction en pratique courante? post traitement semi automatique grâce à l utilisation d un logiciel adapté : Image J exemple de post traitement pour un examen à l aide d Image J analyse visuelle
Post traitement par Image J Les ingrédients
Post traitement semi automatique il n existe pas actuellement de façon courante de logiciel permettant une analyse fonctionnelle simple dans les services d imagerie. C est pourquoi nous avons développé des plugins spécifiques à l IRM fonctionnelle rénale à partir du logiciel Image J. Ce logiciel et ses plugins peuvent être téléchargés gratuitement sur internet à l adresse suivante : http://rsb.info.nih.gov/ij
Post traitement semi automatique Après chargement de l examen au format DICOM, il permet : De dessiner les 3 ROI et d en déduire les courbes d intensité en fonction du temps De calculer l aire sous la courbe nécessaire au calcul de la fonction rénale différentielle après détermination manuelle du P Level et du pic glomérulaire La mesure du nombre de pixels parenchymateux Le calcul de la fonction rénale différentielle (aire sous la courbe x nombre de pixels) est réalisé grâce à un fichier Excel Au total, le post traitement se fait en environ 20 minutes
Présentation de Image J L ouverture de l onglet plugins UroIrm d image J donne accès aux 5 outils nécessaires au posttraitement d une IRM fonctionnelle rénale
Les 5 outils UroIrm d Image J uroirm install permet de choisir la langue (anglais/français) open DICOM stack permet d ouvrir une pile d image en cliquant seulement sur la 1ère. open parameter pour visualiser et choisir les informations DICOM uroirm ROI manager permet d ajouter, de sauver et d ouvrir différentes régions d intérêt. Il contient plusieurs onglets dont : Mesure : pour la mesure du nombre de pixels inclus dans une ROI Et un raccourci pour l outil uroirm ROI manager
Les 5 outils UroIrm d Image J uroirm graph donne la courbe d intensité en fonction du temps à partir d une ROI. Il contient plusieurs fonctions dont : option graph : permet de modifier les coordonnées en abscisse Évaluation : pour le calcul automatique de l aire sous la courbe après avoir cliqué sur les points correspondant au P Level et au pic glomérulaire go to image : pour visualiser l image correspondant au point sélectionné sur la courbe delete : pour supprimer un point aberrant de la courbe Option graph
Post traitement d un examen avec Image J la recette!
Ouverture d un examen 1 Sélectionner la 1ère image de la séquence dynamique pour ouvrir toute la pile Passer par plugins UroIrm Open dicomstack Explore l ordinateur à la recherche de l examen à étudier
Ouverture d un examen 2 Image J ouvre automatiquement : Toutes les acquisitions de la série dynamique sélectionnée L outil UroIrm ROI manager Un onglet permettant le réglage du contraste de l image
Dessin de la ROI parenchymateuse Dessiner la ROI après sélection de l onglet «ROI irrégulière» d Image J placée latéralement, exclut volontairement les pôles rénaux Par le click gauche de la souris Ajouter la ROI en cliquant sur l onglet add de l uroirm ROI manager. Le logiciel vous propose de nommer votre ROI avant de l enregistrer
Obtenir courbe parenchymateuse Sélectionner votre ROI et cliquer sur l onglet UroIrm Graph donne directement la courbe Sélectionner l onglet option graph et modifier les coordonnées en abscisse : étude entre 0 et 600 secondes modifie automatiquement le graphe Option graph
Calcul de l aire sous la courbe Sélectionner l onglet evaluation. Le logiciel vous propose de sélectionner par un click le 1er point (= P Level) puis le second point (=pic glomérulaire). L aire sous la courbe apparaît automatiquement après la sélection de ces points
Mesure des pixels parenchymateux Dessiner une ROI intéressant la totalité du parenchyme rénal fonctionnel Ajouter la ROI en cliquant sur l onglet add de l uroirm ROI manager. Le logiciel vous propose de nommer votre ROI avant de l enregistrer Sélectionner votre ROI et cliquer sur l onglet mesure de l uroirm ROI manager. Le nombre de pixels contenu dans la ROI s affiche automatiquement.
Calcul de la fonction rénale différentielle Nécessite la détermination pour chacun des reins : De l aire sous la courbe Du nombre de pixels parenchymateux Est réalisé instantanément après enregistrement sur Excel de la formule détaillée précédemment
Pour notre patient, les résultats sont les suivants : REIN DROIT REIN GAUCHE Aire sous la courbe 5329 Aire sous la courbe 3738 pixels RD 1014 pixels RG 1106 X' = aire x pixels 5403606 Y' = aire x pixels 4134228 TOTAL X' + Y = 9537834 Fonction du Rein Droit Fonction du Rein Gauche 56,654 43,346 % %
Évaluation de l excrétion Dessiner une ROI intéressant la totalité rein : parenchyme et cavités excrétrices Ajouter la ROI en cliquant sur l onglet add de l uroirm ROI manager. Le logiciel vous propose de nommer votre ROI avant de l enregistrer Sélectionner votre ROI et cliquer sur l onglet UroIrm Graph donne directement la courbe La courbe est à interpréter selon les critères de O Reilly. Dans cet exemple, l excrétion est normale (Grade 1).
Remarque : analyse visuelle 1 Une première approximation des résultats peut être faite par une analyse visuelle de toutes vos acquisitions dynamiques. Dans l exemple ci-dessous, la fonction parait globalement symétrique et les 2 reins se vident en fin d examen Cette impression a été confortée par l analyse des courbes avec une fonction rénale différentielle de 47 % à droite et 53 % à gauche
Analyse visuelle 2 Dans cet autre exemple, la captation du gadolinium est nettement plus intense à droite qu à gauche. Cette impression a été confortée par l analyse des courbes avec une fonction rénale différentielle de 83 % à droite et 17 % à gauche
Conclusion 1 L IRM fonctionnelle rénale est une technique simple, applicable sur toutes les machines. La condition nécessaire et suffisante est l existence d une relation linéaire entre l intensité du signal et la concentration du Gadolinium Elle peut être démontrée à l aide d un fantôme au moment de la mise au point de la séquence.
Conclusion 2 L IRM fonctionnelle rénale est une technique d avenir car : Non irradiante Sans conséquence sur le fonction rénale Elle permet dans les syndromes de la jonction pyélourétérale : la détermination de la fonction rénale différentielle Et une évaluation de l excrétion Ces 2 paramètres sont fondamentaux pour la prise en charge du patient, en particulier pour poser une indication chirurgicale
Conclusion 3 : IRM rénale L étude fonctionnelle, couplée aux études Morphologique et Vasculaire (recherche de vaisseaux polaires) Permet à l IRM de réaliser un bilan complet de l appareil urinaire et deviendra peut être dans les années avenir, l examen de choix dans les syndromes de la jonction, après l échographie «all in one?»