Imagerie fonctionnelle

Rénale

N. Grenier, Bordeaux

EA 7234, Université de Bordeaux

Groupe Hospitalier Pellegrin, CHU de Bordeaux

nicolas.grenier@chu-bordeaux.fr

Contexte : intérêt croissant en néphrologie

• Objectif: fournir des biomarqueurs diagnostiques et pronostiques

• Plusieurs revues récentes en néphrologie:– Morrell et al, MRI of the Fibrotic Kidney, JASN 2017

– Cox et al, Multiparametric Renal MRI: Validation, Interventions, and Alterations in CKD, Front Physiol 2017

– Grenier et al, Radiologic imaging of the renal parenchyma structure and function, Nat Rev Nephrol 2016

– Ebrahimi et al, Renal Relevant Radiology: Renal Functional MagneticResonance Imaging, CJASN 2014

– Zhang et al, New magnetic resonance imaging methods in Nephrology, Kidney Int 2013

– …

11

Fuelling the diagnostics sector. European SME’s are already involved in development of software and clinical trial support for imaging biomarker studies. PARENCHIMA will offer these companies the opportunity to add dedicated renal tools to their portfolio at a minimal investment. Examples are Bioxydyn (www.bioxydyn.com), Image Analysis (www.imageanalysis.org.uk), Icometrix (www.icometrix.com), Aycan (www.aycan.de), Mediri (www.mediri.com), Olea-medical (www.olea-medical.com), Leeds test objects (www.leedstestobjects.com).

The medium-term impacts respond to a demand from drug developers and nephrologists, and it is wel-recognised that better prognostic and predictive biomarkers will revolutionise the field of nephrology:

More efficient drug trials. Drug developers are involved as proposers in the action, and are also supporting ongoing renal MRI studies run by network members. In this precompetitive stage there is significant interest to increase industry participation in a collaborative effort involving multiple pharmaceutrial companies. This is evidenced by the prominent role of imaging in a recent call of the Innovative Medicines Initiative for projects on biomarkers for diabetic kidney disease (www.imi.europa.eu/content/stage-1-16).

Better patient management. The proposers are already involved in single-centre clinical studies investigating the role of imaging to select patients for treatment, such as ongoing work on patient selection for renal revascularisation8. The action will accelerate these developments and is strongly nephrology-driven with eight proposers that are specialist nephrologists.

3. IMPLEMENTATION

3.1. Description of the Work Plan

3.1.1. Description of Working Groups

PARENCHIMA is organised around five working groups (WG 1-5), who will each address one of the objectives (figures 3). All tasks and milestones are listed in Figure 4. The work on standardisation and reproducibility (WG 1) will produce methods that will be made more widely available via the R&D toolbox (WG 2). These will be used to facilitate the setup of a multi-centre clinical trial (WG 3) and capacity will be built by organising training activities for basic scientists and clinicians (WG 4). The dissemination activities in WG 5 will promote these methods more widely by building an international community in this area.

Figure 3. Organigram of PARENCHIMA showing the relation between the working groups (WG’s). WG 1-3 address the research coordination objectives, WG 4-5 address the capacity building objectives.

WG 1. Reproducibility and standardisation. WG1 will address objective 1, and will consist of modality-specific task forces that will work independently towards the same milestones: (WG1a)

Biomarqueurs IRM pour les maladies rénales

chroniques

Ｒ ＲＲn CＲＲＲ CＲＲＲＲctiＲn Ｒ C-2016-1

ＲrＲＲＲsＲＲ RＲＲＲrＲncＲ Ｒ C-2016-1-20493

TitＲＲ: Ｒ ＲgnＲtic RＲsＲnＲncＲ ＲＲ Ｒging BiＲＲ ＲrＲＲrs ＲＲr CＲrＲnic ＲidnＲy DisＲＲsＲ

AcrＲnyＲ : ＲAREＲ CH ＲＲ A

ＲuＲ Ｒ Ｒry

TＲＲ rising ＲrＲvＲlＲncＲ ＲＲ CＲrＲnic ＲidnＲy DisＲＲsＲ (CＲD) ＲＲsＲs Ｒ Ｒ ＲＲＲr ＲuＲlic ＲＲＲltＲ cＲＲllＲngＲ ＲＲＲＲcting

>10% ＲＲ tＲＲ ＲＲＲulＲtiＲn. Ｒut tＲＲ ＲiＲld ＲＲs nＲt sＲＲn Ｒ truly nＲw tＲＲrＲＲy in ＲvＲr 15 yＲＲrs, Ｒnd Ｒn ＲlＲrＲ ing

nuＲ ＲＲr ＲＲ lＲrgＲ rＲcＲnt CＲD ＲrＲgrＲssiＲn triＲls ＲＲvＲ ＲＲilＲd. Ｒn ＲrdＲr tＲ ＲvＲrcＲＲ Ｒ tＲis cＲＲllＲngＲ, tＲＲrＲ is Ｒn

urgＲnt nＲＲd ＲＲr ＲＲttＲr ＲiＲＲ ＲrＲＲrs tＲ idＲntiＲy ＲＲtiＲnts tＲＲt ＲrＲ Ｒt risＲ ＲＲ ＲrＲgrＲssiＲn, Ｒr ＲrＲ liＲＲly tＲ rＲsＲＲnd

tＲ cＲndidＲtＲ tＲＲrＲＲＲutics. Ｒ ＲgnＲtic Ｒ ＲsＲnＲncＲ ＲＲ Ｒging (Ｒ Ｒ Ｒ) ＲiＲＲ ＲrＲＲrs ＲＲvＲ sＲＲwn Ｒ ＲigＲ ＲＲtＲntiＲl tＲ

ＲＲlＲ Ｒill tＲis gＲＲ Ｒs tＲＲy ＲrＲ nＲn-invＲsivＲ Ｒnd sＲnsitivＲ tＲ CＲD ＲＲtＲＲＲＲysiＲlＲgy.

DＲsＲitＲ tＲＲir ＲＲtＲntiＲl, rＲnＲl Ｒ Ｒ Ｒ ＲiＲＲ ＲrＲＲrs ＲrＲ tＲdＲy undＲrusＲd in rＲsＲＲrcＲ Ｒnd in clinicＲl ＲrＲcticＲ duＲ tＲ

tＲＲ nＲＲd ＲＲr dＲdicＲtＲd in-ＲＲusＲ ＲxＲＲrtisＲ Ｒnd dＲvＲlＲＲＲ Ｒnt. TrＲnsＲＲrring sＲlutiＲns tＲ ＲtＲＲr cＲntrＲs is

tＲＲrＲＲＲrＲ Ｒ cＲＲllＲngＲ, Ｒnd tＲis lＲＲds tＲ Ｒ signiＲicＲnt duＲlicＲtiＲn ＲＲ ＲＲＲＲrts, Ｒ lＲcＲ ＲＲ stＲndＲrdisＲtiＲn in tＲＲ

Ｒ ＲtＲＲds, Ｒnd diＲＲicultiＲs in cＲＲ ＲＲring rＲsults ＲＲtwＲＲn cＲntrＲs. TＲis ＲlsＲ liＲ its cＲＲ Ｒ ＲrciＲl ＲxＲlＲitＲtiＲn,

Ｒnd ＲindＲrs tＲＲ sＲt-uＲ ＲＲ Ｒ ulti-cＲntrＲ triＲls Ｒr trＲnslＲtiＲn intＲ clinicＲl ＲrＲcticＲ.

TＲＲ ＲvＲrＲＲＲ ＲiＲ ＲＲ ＲAREＲ CH ＲＲ A is tＲ ＲＲiＲ inＲtＲ tＲＲ Ｒ Ｒin ＲＲrriＲrs tＲ tＲＲ ＲrＲＲdＲr study, cＲＲ Ｒ ＲrciＲＲ

ＲxＲＲＲitＲtiＲn Ｒnd cＲinicＲＲ usＲ ＲＲ rＲnＲＲ Ｒ RＲ ＲiＲＲ ＲrＲＲrs. ＲAＲ Ｒ Ｒ CH ＲＲ A will cＲＲrdinＲtＲ tＲＲ rＲsＲＲrcＲ ＲＲ

lＲＲding ＲurＲＲＲＲn grＲuＲs in tＲis ＲrＲＲ tＲ: (1) iＲ ＲrＲvＲ tＲＲ rＲＲrＲduciＲility Ｒnd stＲndＲrdisＲtiＲn ＲＲ rＲnＲl Ｒ Ｒ Ｒ

ＲiＲＲ ＲrＲＲrs; (2) incrＲＲsＲ tＲＲir ＲvＲilＲＲility Ｒy dＲvＲlＲＲing Ｒn ＲＲＲn-ＲccＲss tＲＲlＲＲx witＲ sＲＲtwＲrＲ Ｒnd dＲtＲ; (3)

dＲＲ ＲnstrＲtＲ ＲiＲlＲgicＲl vＲlidity Ｒnd clinicＲl utility in Ｒ ＲrＲsＲＲctivＲ Ｒ ulticＲntrＲ clinicＲl study.

Ｒ Ｒy ExＲＲrtisＲ nＲＲdＲd ＲＲr ＲvＲＲuＲtiＲn

Ｒ ＲdicＲＲ ＲnginＲＲring

DiＲgnＲstic tＲＲls (Ｒ.g. gＲnＲtic, iＲ Ｒging)

CＲinicＲＲ Ｒ ＲdicinＲ

Ｒ ＲdiＲlＲgy, nuclＲＲr Ｒ ＲdicinＲ Ｒnd Ｒ ＲdicＲl iＲ Ｒging

CＲinicＲＲ Ｒ ＲdicinＲ

Ｒ ＲＲＲrＲlＲgy

EＲＲctricＲＲ ＲnginＲＲring, ＲＲＲctrＲnic ＲnginＲＲring, ＲnＲＲrＲ ＲtiＲn ＲnginＲＲring

SignＲl ＲrＲcＲssing, 1-D Ｒnd Ｒ ultidiＲ ＲnsiＲnＲl signＲl ＲrＲcＲssing, cＲＲ ＲrＲssiＲn, signＲl ＲcＲuisitiＲn

Ｒ Ｒyw Ｒrds

Ｒ ＲgnＲtic Ｒ ＲsＲnＲncＲ ＲＲ Ｒging

ＲiＲＲ ＲrＲＲrs

ＲidnＲy

StＲndＲrdisＲtiＲn

Ｒ ＲsＲＲrcＲ inＲrＲstructurＲ

11

Fuelling the diagnostics sector. European SME’s are already involved in development of software and clinical trial support for imaging biomarker studies. PARENCHIMA will offer these companies the opportunity to add dedicated renal tools to their portfolio at a minimal investment. Examples are Bioxydyn (www.bioxydyn.com), Image Analysis (www.imageanalysis.org.uk), Icometrix (www.icometrix.com), Aycan (www.aycan.de), Mediri (www.mediri.com), Olea-medical (www.olea-medical.com), Leeds test objects (www.leedstestobjects.com).

The medium-term impacts respond to a demand from drug developers and nephrologists, and it is wel-recognised that better prognostic and predictive biomarkers will revolutionise the field of nephrology:

More efficient drug trials. Drug developers are involved as proposers in the action, and are also supporting ongoing renal MRI studies run by network members. In this precompetitive stage there is significant interest to increase industry participation in a collaborative effort involving multiple pharmaceutrial companies. This is evidenced by the prominent role of imaging in a recent call of the Innovative Medicines Initiative for projects on biomarkers for diabetic kidney disease (www.imi.europa.eu/content/stage-1-16).

Better patient management. The proposers are already involved in single-centre clinical studies investigating the role of imaging to select patients for treatment, such as ongoing work on patient selection for renal revascularisation8. The action will accelerate these developments and is strongly nephrology-driven with eight proposers that are specialist nephrologists.

3. IMPLEMENTATION

3.1. Description of the Work Plan

3.1.1. Description of Working Groups

PARENCHIMA is organised around five working groups (WG 1-5), who will each address one of the objectives (figures 3). All tasks and milestones are listed in Figure 4. The work on standardisation and reproducibility (WG 1) will produce methods that will be made more widely available via the R&D toolbox (WG 2). These will be used to facilitate the setup of a multi-centre clinical trial (WG 3) and capacity will be built by organising training activities for basic scientists and clinicians (WG 4). The dissemination activities in WG 5 will promote these methods more widely by building an international community in this area.

Figure 3. Organigram of PARENCHIMA showing the relation between the working groups (WG’s). WG 1-3 address the research coordination objectives, WG 4-5 address the capacity building objectives.

WG 1. Reproducibility and standardisation. WG1 will address objective 1, and will consist of modality-specific task forces that will work independently towards the same milestones: (WG1a)

Circulation rénale

• Débit sanguin rénal normal :

– 20% du débit cardiaque au repos

• 1200 ml/min/1,73m2 (homme)

• 980 ml/min/1,73m2 (femme)

– variations :

• - 40% > 80 ans

• + 40% durant la grossesse

• Perfusion régionale :

– cortex: 400 ml/min/100g

– médullaire: 20 ml/min/100g

Vascularisation intrarénale

L’essentiel de la perfusion va au cortex

La perfusion médullaire est de type capillaire

Fonction de concentration des urines

Mécanisme de contre-courant responsable

d’un gradient osmotique cortico-médullaire

Surdensité (intensité) au

temps tubulaire

De la clairance au Débit de Filtration Glomérulaire

(DFG)

• En cas de filtration glomérulaire pure

– Clairance = DFG

• Caractéristiques d’un marqueur idéal du

DFG:

– biologiquement inerte

– librement filtré

– ni réabsorbé, ni sécrété par les tubules

– n’influence pas le débit de filtration

– facile à mesurer dans le plasma et

l’urine

Stevens LA et al, NEJM 2006

Marqueurs de la fonction rénale

• Volume de parenchyme rénal:

– Grand axe rénal

– Épaisseur parenchyme

– VolumeNécessitent des algorithmes de segmentation automatique

• Néphron:

– Clairances et DFG estimés

– DFG mesuré

– Fonction rénale différentielle

• Vascularisation:

– Débit sanguin rénal, volume sanguin, perfusion

Relationship between volume and reference

method (51EDTA-Cr) in pigs - Pedersen M et al,

Am J Nephrol 2011

Mesure de la fonction rénale

• Clairance de l’inuline :

– 130 ± 20 mL/min/1.73m2

• Référence en clinique :

– 51Cr-EDTA

Procedure Complexity Accuracy

Inulin clearance 5 5

Isotope clearance 4 4

Creatinine clearance 3 3

Plasma

disappearance

(isotope or other)

3 3

Serum creatinine

level

1 2

Blood urea nitrogen 1 0.5

• Clairances estimées :

– ClCr: • Surestime le DFG (sécrétée)

• Nl > 90 ml/min

• Cockroft-Gault = estimation de CrCl

• CysC-MDRD : = estimation du DFG

– Cystatine C : = estimation du DFG

Précision des fonctions de filtration estimées

Pointillés = différence de ±30% entre le DFG estimé et mesuré

Prigent A, Seminars Nephrol 2008

Mesures biochimiques et radiochimiques du DFG

• Iohexol

• Faible dose (10ml)

• Dosages unique (Jacobson), multiples (Brochner-Mortensen)

• Radiopharmaceutiques:

– 125I-Iodothalamate, 99mTc-DTPA

– 51Cr-EDTA +++

• Méthodes:

– Dosages sanguins:

• Infusion (4H)

• Bolus :

– 1 à 2 prélèvements

– Modèle bi-exponentiel

– Correction / approximation, surface corporelle

– Dosages urinaires (infusion, bolus)

– Comptage externe par Gamma-caméra (Gates, 1982): Moins précis

Médecine nucléaire

• Méthode la plus anciennement et couramment

utilisée en matière d’imagerie fonctionnelle urinaire:

• Comprend l’étude de la fonction rénale différentielle

et de la vidange urinaire.

• Principe:

– injection IV d’un radiopharmaceutique qui est accumulé et

excrété par les reins

– détection extérieure de ce traceur par une gamma caméra

permet une étude dynamique de la fonction rénale

1ère phase de 60 images de 1 s (soit 1 minute) -1 phase de 120 images de 10 s (soit 20 minutes)

- verticalisation (au moins 5 minutes), miction et

dernière série de 12 images de 10 s (soit 2 minutes).

Médecine nucléaire

Trois phases:

- une phase vasculaire brève

- une phase de 2 à 3 minutes d’accroissement de l’activité (captation du traceur : calcul de la FRD)

- une phase de vidange durant laquelle le traceur quitte le rein pour l’uretère

et qui succède à un pic où captation et excrétion s’équilibrent

Médecine nucléaire

Avantages, inconvénients de la scintigraphie

• Les avantages: – linéarité entre la concentration d’isotope et l’activité mesurée

– relativement bonne résolution temporelle

– faible irradiation délivrée

• Inconvénients:– imagerie par projection

– faible résolution spatiale

– positionnement correct des ROI délicat en cas de dilatation importante ou asymétrique

• Méthode de référence– largement utilisée par la grande majorité des équipes infantiles

et adultes, mais elle n’est pas un « gold standard ».

Scanner dynamique

• Traceur :

– Produit de contraste iodé

– Filtré au 1er passage sans réabsorption ni sécrétion

– Véritable traceur glomérulaire

• Acquisition dynamique

– dans un même plan de coupe

– ou pile de coupes

– Durant environ trois minutes après injection du produit de

contraste, dont la fraction de filtration est d’environ 20%.

Avantages, inconvénients du scanner X

• Avantages– linéarité entre la concentration en iode

et les valeurs d’atténuation

– excellentes résolutions spatiale,

en contraste et temporelle

• Inconvénients– irradiation élevée

– administration de produits de contraste iodés, potentiellement néphrotoxiques

-200

0

200

400

600

800

1000

UH

-10 0 10 20 30 40 50

CONCENTRATION IODE (mg/ML)

IRM dynamique

Séquence T1w en EG

Avantages et inconvénients de l’IRM

dynamique

• Avantages:

– Acquisition multiplanaire, (plan de « glissement rénal »)

– Résolution anatomique élevée

– Excellent contraste entre tissus

– Absence d’irradiation

• Inconvénients:

– Non linéarité de la relation signal-concentration

– Artefacts de susceptibilité (gaz)

– Mouvements respiratoires

Correction de mouvements

no correction correction no correction correction

GFR GFR-SD

Denis-de-Senneville B et al, JMRI 2008

• Average absolute variation of GFR: RK 12.11% + 6.88% (max: 25.6%) and LK 11.6% + 6% (max: 20.8%)

• Movement correction average reduction of GFR-SD : RK 30.9% + 17.6% (max 60.8%), and LK 31.8% + 14% (max 55.3%)

Concentration tubulaire dans la médullaire

Effets T2* => chute de signal

SpT1/T2* en EG (type FISP)

Effets T2* => effet paradoxal

Conséquences sur la technique +++

• Relation SI- [Gd] :– Forte ponderation T1:

• Séquence EG :

– TR/TEcourts , large FA pour élargir la gamme dynamique du contraste

• Séquence EG avec preparation de la magnetization (TFE)

– saturation : 90°-120°

– inversion (180°)

– non selective +++ for inflow effects in vessels

– FA peut être petit : 10-20° - meilleure resolution temporelle

– Faible dose de produit de contraste :

• Diminuer la dose de Gd pour diminuer les effets T2* :

– moitié (0.05 mmol/kg) au quart de dose (0.025 mmol/kg) : 3-4 ml for adults

• Correction de mouvements

Prise en compte de la fonction d’entrée

Échantillonage corticallFonction d’entrée artérielle

Modélisation

Modes de calcul

• Méthode semi-quantitative de comparaison Dt –G• comparaison des pentes

• aire sous la courbe du rénogramme

• modèle de Patlak-Rutland

• Mesure du DFG, par rein :• modèle de Patlak-Rutland

• Mesure combinée perfusion et DFG, par rein :• Modèle compartimental

Étude de la fonction rénale différentielle

• Obstruction unilatérale des VES +++

– de l’adulte et de l’enfant

• Asymétrie rénale à fonction altérée

• Avant chirurgie rénale en cas d’IR

• Sténose d’AR

Fonction rénale différentielle : AUC

Rohrschneider, Radiology 2002

FR = AUC (mm2) x KSurf (mm2)Total = 62 kidneys

Spearman correlation

r = 0.92 p<.001

Patient de 17 ans, avec un syndrome de JPU

Fonction rénale différentielle : AUC

• Expression graphique corrélant le rapport entre:

– en ordonnée: courbes d’évolution de l’activité du parenchyme rénal sur celle

de l’aorte (AIF) : R(t)/C(t))

– en abscisse: rapport de l’intégrale de l’activité AIF / activité AIF (∫ C(t)/ C(t)

• Il en résulte une droite de transfert :

– la pente représente le DFG par unité de volume :

– la droite coupe l’axe des ordonnées en un point correspondant au volume

sanguin.

– La comparaison des pentes de chaque rein permet de déduire la FRD.

Fonction rénale différentielle : Méthode de Rutland-

Patlak

DFG Volume sanguin

40-120s

Fonction rénale différentielle : Méthode de Rutland-

Patlak

C(t

)/C

a(t

)Ca(t)dt/Ca(t)

% vol vascpente = clairance (ml/min/100g)

Modélisation par voxel

Cortex Aorte

Comparison MRU-RS using AUC and Rutland-Patlak method

Radiology 2015

Volume: 79cm3

Volume: 69cm3

AUC = 45,1 % Patlak = 42,9 %

AUC = 54,9 % Patlak = 57,1 %

RD

RG

RD = 44,7%RG = 55.3%

Mesures quantitatives: modèles cinétiques

Baumann-Rudin modelinflow-only model (filtration coefficient)

Patlak-Rutland modelbased on a 2 compartment model;

outflow from tubules is ignored

Two-compartment modeloutflow from tubules is taken into account

Annet et al. Lermoye et al.

Three-compartment modeloutflow from tubules is taken into account

Lee et al.

Bokacheva et al, MR Clin N Am 2008

Nécessite une conversion entre signal et concentration (complexe)

SAR : Analyse compartimentale - perfusion

Fonction d’entrée artérielle Rénogrammes

376 ml/min 217 ml/min

Sténose ARG

Blood flow

Blood volume

K-trans

84 ml/mn/100g

8.3%

7.8 ml/mn/100g

25-04-08

169 ml/mn/100g

25%

4,1 ml/mn/100g

29-01-08

32 ml/mn/100g

3.5%

5.9 ml/mn/100g

25-07-08

Suivi des traitement anti-angiogéniques

Mesure combinée : perfusion-DFG

Modèle bi-compartimental : Flux sanguin (perfusion)

Volume sanguin

DFG

GFR Blood volume Blood flow

SK-GFR : PR vs two compartment model

• Patients with ARVD (n=39)– 75 kidneys

– Reference : 51Cr-EDTA + 99mTc-DTPA

– ROI including cortex + medulla on central slice

• MR-GFR vs NM-GFR :– Patlak-Rutland :

Spearman’s ρ = 0.81, p < .0001

– Compartmental model :

Spearman’s ρ = 0.71, p < .0001

Buckley, JMRI 2006

Overestimation by :- 30% for PR method

- 100% for 2 Cpt model

Two-compartment model in which the outflow from

the tubules is accounted for

• Patients with RAS (n=15)– RAS >60%

– GFR > 30 ml/min

– DCE-MRI at baseline and 4 mo after stenting

– Reference : 51Cr-EDTA and DMSA

– Two compartment model (Sourbron 2013)

– no movement correction

– RBF, RBV, EF

•.Results :– mean difference of -0.7 ml/min (95% CI -12 +11 ml/min)

– best predictor of improvement after intervention: a low EF

– improvement of « functional volume »

SKGFR measurement in renal transplants

ICC 0.32

(IC95% 0.02 -- 0.56)

Personal series, Taton B et al, submitted

Two compartment model with dispersion

ICC: 0.27

(IC95% -0.04 -- 0.53)

Patlak-Rutland method

Impact of AIF on reproducibility

Cutajar et al, Eur J Radiol 2009

Intraindividual variability for each AIF

Zhang JL et al, JMRI 2013

Arterial spin labelling : ASL

• Subtraction technique

• Sensitive to motion and respiration

• ASL signal is low requiring to add several acquisitions

Liss P et al, Clin Exp Pharmacol Physiol 2013

• ASL rénal est reproductible, mais,

• Nécessite encore une standardisation :

– des schémas de marquage des spins

– des schémas de lecture

– des modèles

– la suppression des mouvements

• => encore « work in progress »

Gillis et al. BMC Nephrology 2014

ICC = 0.85

CV = 9.2%

Arterial spin labelling : ASL

Oxygénation rénale

Brezis M et al "The Kidney", 4th Ed.(Brenner & Rector) Saunders

Brezis, NEJM 95

• Consommation en oxygène :

– cortex 8%

– médullaire 85%

=> La médullaire fonctionne à la limite de l’hypoxie

R2* map

slope = R2*

echos

nl PO2

PO2

PO2

Renal oxygenation : BOLD-MRI

T2*w gradient multi-echo sequence

Pedersen M et al, Kidney Intern, 2005:67:2305-12

Medulla

y = -0.0017x + 0.0257

r2 = 0.4545

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

0 2 4 6 8 10 12

pO2 [kPa] (microelectrode)

R2*

[1/s

] (B

OLD

)

Inoue T et al,, Am Soc Nephrol 2011.

BOLD MRI and diabetic nephropathy

Contradictory results

Michaely HJ, Kidney Intern 2012.

Limitations of renal BOLD MRI

• Confounding factors other than tissue pO2 that influence T2*:

– Blood perfusion

– Blood volume

– Intrinsic R2* not related to deoxyhemoglobin

• Technical factors of variation :

– Field strength, field homogeneity, low SNR, respiratory movements

• Static vs dynamic acquisitions :

– Waterload, pharmacologic…

• Reproducibility ?

• Clinical impact ?

Renal Diffusion MRI

Diffusion gradients in 3 directions => ADC

Trace of tensor :

ADC = 1/3 (Dxx + Dyy + Dzz)

Dxx Dyx Dzx

Dxy Dyy Dzy

Dxz Dyz Dzz

Dxx Dyx Dzx

Dxy Dyy Dzy

Dxz Dyz Dzz

DWI in diffuse renal diseases: hypotheses

Normal Cell edema Renal fibrosisCell infiltration

Ischemia-reperfusion

Acute tubular necrosis

Acute rejection

Inflammatory nephropathiesChronic rejection

Chronic nephropathies

Problem : ADC values are expected to be

decreased in all of these situations

Relation of ADC and functional level

• Renal ADC values are highly correlated with the level of renal

function

Xu Y et al, JMRI 2007

(P 0.001)

(P 0.081)

• Renal ADC is significantly decreased in chronic renal failure, but without specificity :

– Chronic nephropathies (Thoeny, H.C., et al. Radiology 2006),

– RAS (Namimoto, T., et al. JMRI 1999; Yildirim, E., et al. Eur J Radiol 2008)

– Urinary obstruction (Muller, M.F., et al. Radiology 1994; Thoeny, H.C., et al. Radiology 2006)

Diffusion tensor MRI

Diffusion gradients in ≥ 6 directions => Tensor

ADC FA Tractography

Strupler et al, Biomed Optic 2008

Diffusion tensor MRI : CKD

Liu Zet al, Eur Radiol 2015

Correlation FA / eGFRCorrelation FA / Pathological score

Correlation FA / CKD stages

Biomarker Enterprise to Attack DKD (BEAt-DKD) Diabetic Kidney Disease

Conclusion

• L’imagerie fonctionnelle rénale est très importante pour la prise en

charge et le suivi des patients de néphrologie

• La médecine nucléaire reste la technique de référence

• L’IRM est de plus en plus utilisée en clinique (pédiatrie) pour la

mesure de la FRD dans les cas d’obstruction

• La mesure du DFG rein par rein en imagerie est le Graal, encore

non accessible pour la clinique