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Uro-IRM fonctionnelle chez l’enfant
J Radiol 2009;90:11-9 © Éditions Françaises de Radiologie, Paris, 2009 Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
mise au point
génito-urinaire
Uro-IRM fonctionnelle chez l’enfant PH Vivier (1, 2), E Blondiaux (1), M Dolores (2), N Marouteau-Pasquier (1), M Brasseur (1), C Petitjean (2) et JN Dacher (1, 2)
Abstract
Résumé
Sinonasal cavities: CT imaging features of anatomical variants and surgical risk. J Radiol 2009;90:11-9
L’uro-IRM fournit des images anatomiques, mais également des données fonctionnelles, sans exposition aux radiations ionisantes. Elle permet l’évaluation de la fonction rénale séparée, de l’excrétion, et la quantification de l’obstruction. Elle est ainsi très complémentaire à l’échographie pré et post-natale dans l’évaluation des uropathies obstructives de l’enfant. En cas de disponibilité suffisante, l’IRM remplace avantageusement l’urographie intraveineuse.
MR Urography (MRU) provides both morphologic and functional information without radiation exposure. It enables the assessment of split renal function, excretion, and quantification of obstruction. MRU is thus complementary to ultrasonography in the assessment of pre- and post-natal obstructive uropathies in children. If available, MRU should be definitely preferred to intravenous urography. Key words: Kidney. Urography. Magnetic resonance imaging. Hydronephrosis. Child.
a bonne résolution spatiale et l’excellente résolution en contraste de l’uro-IRM fonctionnelle permettent une étude morphologique de qualité. Sa bonne résolution temporelle avec des séquences optimisées autorise une analyse de la cinétique de la prise de contraste du rein et de l’excrétion du gadolinium dans ses cavités. De nombreux auteurs (1-8) ont mis en évidence une bonne corrélation entre l’uro-IRM fonctionnelle et la scintigraphie au 99mTc-MAG3 ou au 99mTc-DTPA.
L
Indications La principale indication de routine de l’uro-IRM dans notre expérience est l’hydronéphrose ou l’urétéro-hydronéphrose uni ou bilatérale chez l’enfant. L’hydronéphrose correspond à une dilatation pyélocalicielle, mais n’est pas toujours associée à une obstruction urinaire. La définition de l’obstruction adoptée par la plupart des auteurs est celle de Koff (9) : pathologie entravant l’écoulement des urines et qui détériorera la fonction rénale
Mots-clés : Rein. Urographie. Imagerie par résonance magnétique Hydronéphrose. Enfant.
(ou plus exactement le débit de filtration glomérulaire) en l’absence de traitement. Cela montre que les conséquences d’une dilatation sont difficilement prévisibles. En effet la majorité des hydronéphroses prénatales régressent spontanément et sont sans retentissement sur la fonction rénale dans les premières années de la vie. Il est donc souhaitable de ne pas opérer les enfants ayant une hydronéphrose sans obstruction. En revanche, en cas d’obstruction il est nécessaire de pouvoir intervenir, souvent chirurgicalement, avant que la fonction du rein atteint ne soit altérée. L’uro-IRM fonctionnelle dans le cadre des hydronéphroses a ainsi un double objectif : déterminer la fonction rénale relative (ou différentielle) et identifier une éventuelle obstruction. Il s’agit également de l’examen de référence pour l’exploration anatomo-fonctionnelle des duplications urétérales du fait de la faible résolution spatiale de la scintigraphie et de ses difficultés à différencier le pôle supérieur du pôle inférieur du rein dupliqué (10).
Technique (1) Service de Radiologie, CHU C. Nicolle, 1, rue de Germont, 76031 Rouen Cedex. (2) Laboratoire LITIS, EA 4108, UFR Médecine-Pharmacie, 22, boulevard Gambetta, 76183 Rouen Cedex. Correspondance : JN Dacher E-mail : [email protected]
Préparation du patient Une hydratation orale dans l’heure précédant l’examen est nécessaire. Si possible, l’enfant doit vider au maximum sa vessie,
puis est perfusé par un(e) professionnel(le). Un cathlon doit être préféré à une épicrânienne pour permettre un bolus de gadolinium à bon débit. Un robinet à 3 voies est branché à proximité immédiate du cathlon, sans prolongateur afin d’éviter un espace mort et une éventuelle purge incomplète après injection de furosémide et de gadolinium. En revanche pour assurer une installation dans l’IRM sans tension, une longue tubulure doit relier le robinet à la perfusion. Une sédation adaptée à l’âge de l’enfant, suivant le protocole local (11), est fortement recommandée pour éviter les artéfacts de mouvements liés à des pleurs ou à une agitation. Jusqu’à l’âge de 6 mois, l’ingestion d’un biberon immédiatement avant l’installation dans la machine est généralement suffisante. La contention est indispensable, de même que le suivi des paramètres vitaux si l’enfant est sédaté.
Injections de furosémide et du chélate de gadolinium L’enfant est ensuite installé dans l’IRM. Du furosémide est alors injecté en intraveineux à la dose de 1 mg/kg chez le nourrisson, et 0,5 mg/kg chez l’enfant et l’adulte jeune avec une dose maximale de 20 mg si la fonction rénale globale est normale. L’injection de furosémide faite immédiatement avant celle de gadolinium, appelée méthode F0 (12), est désormais la
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Tableau I Estimations biologiques la fonction glomérulaire à partir de la créatininémie. Adultes Formule de Cockcroft-Gault DFG = [140 – âge (en années)] x poids (en kg) x k/[créat (en μmol/L)] k = 1,04 chez la femme k = 1,25 chez l’homme Formule MDRD* (Modification of Diet in Renal Disease) DFG = 170 x [créat (en mg/dL)]-0,999 x [age]-0,176 x [urémie (en mg/dL)]-0,17 x [Alb (en g/dL)]0,368 x k x b k = 0,762 si femme k = 1 chez l’homme b = 1 chez le sujet noir Enfants Formule de Schwartz DFG = k x taille (en cm) x k/créat (en μmol/L) k = 29 entre 2-3 kg quelque soit le sexe k = 35 entre 3-12 kg quelque soit le sexe k = 49 chez les garçons entre 12-42 kg k = 49 chez les chez les filles > 12 kg k = 53 chez les garçons > 42 kg Facteurs de conversion créatininémie : μmol/L x 0,0113 = mg/dL et mg/dL x 88,5 = μmol/L urémie : mmol/L x 6 = mg/dL et mg/dL x 0,167 = mmol/L albuminémie : g/L x 0,1 = g/dL et g/dL x10 = g/L Créat : créatininémie. Alb : albuminémie.
plus utilisée. Cette injection est inspirée de la scintigraphie. Elle évite un « effet dilution » (fausse impression de vidange des cavités dilatées par dilution brutale), et sensibilise le diagnostic d’obstruction en cas de syndrome de jonction pyélourétérale en distendant le bassinet et en majorant ainsi l’obstacle. Elle améliore également la vidange en cas de simple stase. En revanche les risques de déshydratation et de toxicité cochléaire du furosémide imposent une hydratation correcte au décours de l’examen. Puis une demi-dose (0,05 mmol/kg), voire un quart de dose (0,025 mmol/kg) (8, 13) de chélate de gadolinium est injectée manuellement après le début des acquisitions de la séquence dynamique, et pulsée par 15 ml de sérum physiologique. Chez le nourrisson le risque de faible rapport signal sur bruit, lié à la gestion difficile des faibles volumes injectés, fait préférer la demi-dose. Le but de ces faibles doses est l’obtention d’une faible concentration de gadolinium dans le parenchyme rénal, et par là même de minimiser l’effet T2 (décroissance du signal apparaissant avec de fortes concentrations de gadolinium). Par ailleurs, la relation entre la concentration de gadolinium et le signal est dans ce cas relativement linéaire (14), ce qui autorise une analyse fonctionnelle. Le furosémide minimise également l’effet T2. Des recommandations portant sur l’utilisation des produits contraste gadoli-
nés en pédiatrie et le risque de fibrose systémique néphrogénique (FSN) ont été publiées (15). Les points clés de ces recommandations concernent la prévention : • effectuer une IRM seulement si l’indication est formelle. • identifier les patients à risque de FSN : insuffisants rénaux et greffés hépatiques. Idéalement, un dosage de la créatininémie et un calcul de la clairance rénale (tableau I) seraient souhaitables avant l’IRM. • bien peser l’indication d’une injection de gadolinium. Si la clairance est inférieure à 60 mL/min, l’injection doit être reconsidérée. En cas de clairance inférieure à 30 mL/min, une discussion avec un néphrologue est souhaitable. Dans ces deux cas, les patients et leurs parents doivent être informés des risques, et seul un chélate de gadolinium macrocyclique peut être injecté. D’autre part les récentes recommandations de la Société Européenne de Radiologie Urogénitale (ESUR) (16) font état de l’immaturité rénale chez les enfants de moins d’un an, expliquant le risque accru de développer une FSN. Chez ces patients, il est logiquement recommandé d’utiliser « avec prudence » le Gadolinium-DTPA élémentaires. La dose de gadolinium injectée doit être la plus faible possible, sans jamais dépasser 0,3 mmol/kg.
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Séquences Une antenne de réception multi-canaux est à privilégier. Chez les enfants, les mouvements respiratoires des reins sont peu marqués, ce qui autorise la réalisation d’acquisitions en respiration libre. Une séquence de repérage couvrant l’ensemble de l’abdomen est réalisée dans les 3 plans. Secondairement, une acquisition coronale oblique 2D ou 3D, fortement pondérée T2 est réalisée avec saturation de la graisse, parallèle au grand axe des reins (déterminé sur les coupes sagittales de repérage), couvrant les reins et s’étendant jusqu’au pubis, sur une épaisseur d’au moins 40 mm. La séquence est de type balanced-FFE (17), ou à défaut en écho de spin rapide (HASTE ou RARE) (18). La réalisation de coupes fines 3D fortement pondérées T2 peut s’avérer utile pour analyser l’implantation d’une urétérocèle ectopique. Le plan sagittal semble supérieur aux autres dans ce cas, car moins artéfacté (fig. 1). Puis la séquence dynamique T1 en écho de gradient rapide, type FFE (Fast Field Echo) est effectuée. L’acquisition est faite dans un plan coronal oblique correspondant au grand axe des deux reins. Cette séquence peut être monocoupe (épaisseur = 1 cm, résolution temporelle = 1 seconde), ou multicoupes (séquence 3D dynamique, dite 4D, épaisseur de 4 à 10 mm, 3 à 30 coupes, résolution temporelle de 3 à 8 sec). Les séquences 4D permettent d’étudier la cinétique de rehaussement de l’ensemble du parenchyme des deux reins, mais sont plus sensibles au flou cinétique lié à la respiration ou aux pleurs de l’enfant. Le champ de vue rectangulaire doit être adapté à la morphologie du patient et englober la totalité des reins. Pour être rapide, l’acquisition du plan de Fourier est partielle, et la matrice d’acquisition doit être de petite taille, par exemple : 116 × 192. Les images sont acquises en continu, selon la résolution temporelle de la séquence pendant 5 minutes, puis acquises toutes les 30 secondes pendant 10 à 15 minutes. Si ces dernières sont artéfactées, le manipulateur peut les refaire immédiatement. L’acquisition débute avant l’injection afin de pouvoir normaliser ultérieurement le signal des reins pour tracer les courbes dynamiques avec un niveau de base à 0. Après la séquence dynamique, la même dose de gadolinium peut être réinjectée J Radiol 2009;90
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variante anatomique sans valeur pathologique (19). Si la technique chirurgicale envisagée est une endopyélotomie rétrograde, l’existence d’une artère polaire inférieure doit être connue du chirurgien afin d’inciser la jonction pyélo-urétérale avec une grande prudence afin d’éviter de blesser l’artère. Souvent l’existence d’une artère polaire fait préférer une autre technique. Une bonne communication avec ce dernier, et une demande précise de sa part sur la recherche ou non d’une artère polaire est nécessaire afin de limiter au strict minimum la dose de gadolinium injectée. La figure 2 récapitule le déroulement d’un examen.
Fig. 1 :
Coupe fine sagittale T2 (CISS). Urétérocèle ectopique chez une fillette de 6 mois ayant une duplication urétérale avec urétéro-hydronéphrose polaire supérieure gauche.
pour effectuer 60 à 90 secondes plus tard (temps parenchymateux), une séquence écho de gradient T1 2D ou 3D avec saturation de la graisse en coronal et en axial. L’épaisseur des coupes doit être inférieure à 5 mm afin de limiter les effets de volume partiel détériorant la précision des mesures volumétriques. Le rehaussement homogène du parenchyme rénal, supérieur à celui des organes voisins, permet la segmentation des reins lors du posttraitement semi-automatique des images. La réalisation de 2 plans orthogonaux permet de rechercher des cicatrices corticales. En cas de syndrome de la jonction ou de sténose d’artère rénale, une séquence d’angio-IRM en écho de gradient T1 3D peut être effectuée avant la séquence
Fig. 2 :
volumétrique, à la recherche d’une artère polaire ou pour localiser la sténose. Dans ce cas, une réinjection de gadolinium est donc nécessaire. La dose totale de gadolinium incluant les injections précédentes ne doit pas être supérieure à 0,2 mmol/kg (soit 0,4 mL/kg de gadolinium semi-molaire). Si une angio-IRM est effectuée, la séquence volumétrique est effectuée immédiatement après l’angio-IRM pour profiter de l’injection. La recherche d’une artère polaire dans le cadre des syndromes de la jonction n’est pas toujours obligatoire, et dépend du type d’intervention envisagée par le chirurgien et de ses habitudes. Les artères polaires inférieures sont rarement à l’origine d’une obstruction pyélo-urétérale, et représentent souvent une simple
Déroulement d’un examen d’uro-IRM.
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Interprétation morphologique L’acquisition coronale oblique fortement pondérée T2 (fig. 3) fournit une image urographique, avec les structures liquidiennes en hypersignal. Cette coupe permet d’étudier rapidement les cavités rénales et les uretères sur toute leur longueur. La vessie peut également être évaluée, mais n’est pas toujours entièrement comprise dans le volume étudié. Les coupes 3D fines pondérées T2 de type CISS permettent de localiser avec précision l’abouchement d’une urétérocèle ectopique (fig. 1), d’un uretère ectopique.
Interprétation fonctionnelle L’acquisition dynamique permet d’étudier la fonction rénale relative et l’excrétion rénale. L’analyse fonctionnelle requiert un logiciel de traitement d’image. Nous utilisons ImageJ et le plug-in d’uroIRM que nous avons développé (14,
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a bc
Fig. 3 : a b c
Coupes coronales obliques fortement pondérées T2. Dilatation pyélo-calicielle gauche. Syndrome de la jonction pyélourétérale. Mégacalicose gauche. Mégauretère gauche.
20, 21). Ils sont téléchargeables gratuitement, ainsi que le mode d’emploi, sur le site du National Institutes of Health (NIH), à l’adresse http://rsb.info.nih.gov/ij.
La fonction rénale relative C’est le pourcentage de la contribution de chaque rein à la fonction glomérulaire totale. Cette étude est dérivée de la scintigraphie au 99m Tc-DTPA ou au 99m TcMAG3, et a été adaptée à l’IRM par Rohrschneider (4-7). Elle nécessite pour chaque rein deux données : le volume rénal et l’aire sous un segment de courbe. Le volume rénal est calculé en plaçant une région d’intérêt (ROI) sur le parenchyme rénal, en excluant les cavités. Cette opération est répétée sur toutes les coupes (fig. 4). Le volume est ainsi déterminé par la somme des voxels sélectionnés. La cinétique de prise de contraste du parenchyme rénal peut être représentée par une courbe d’intensité de signal en fonction du temps appelée rénogramme. Elle est obtenue en traçant manuellement une ROI sur le parenchyme rénal en excluant les cavités, et sera ensuite reproduite automatiquement sur toutes les coupes de la série dynamique. Classiquement le rénogramme débute par le pic vasculaire (fig. 5), lié à l’arrivée du bolus de gadolinium dans les artérioles rénales. Le point le plus bas après ce pic est le « niveau de base P », à partir duquel le signal augmente de façon plus douce. La partie initiale de ce segment correspond à la filtration glomé-
rulaire du gadolinium. La partie terminale de ce segment est marquée par le pic glomérulaire (G), qui correspond au point d’équilibre entre la filtration glomérulaire et l’excrétion. Ensuite l’excrétion du gadolinium dans les cavités devient prédominante et explique la diminution progressive du signal à partir du pic G. Compte-tenu des hétérogénéités de champ magnétique et des asymétries de signal inhérentes à l’emploi d’antennes multiéléments, seul le signal relatif est étudié. C’est pourquoi la séquence dynamique doit débuter avant l’arrivée du produit de contraste dans les reins. L’aire sous la courbe entre le point P et le pic G est calculée pour chaque rein, et représente l’activité glomérulaire moyenne de chaque voxel parenchymateux. En cas d’examen artéfacté, le point G, n’est pas toujours facilement individualisable. Dans ce cas, il est souhaitable d’étudier séparément les 2 rénogrammes à analyser (droit et gauche). Si le pic G est clairement identifié sur un des 2 rénogrammes, le point correspondant au même temps devra être choisi sur l’autre rénogramme (fig. 6). Il est toujours indispensable que les aires sous la courbe correspondent aux mêmes intervalles de temps. Les aires sont ensuite pondérées par le nombre de voxels (volume parenchymateux) de chaque rein. En compilant le volume des reins et l’aire sous la courbe (21) le logiciel fournit la fonction rénale relative. Une asymétrie de fonction rénale est définie par un écart de plus 10 % entre les 2 reins (donc un rein
ayant une fonction < 45 % et l’autre > 55 %) (22, 23). Pour une duplicité urétérale, la fonction rénale relative est décomposée en fonctions glomérulaires relatives polaires supérieure et inférieure (fig. 6). La surveillance longitudinale de la fonction rénale relative est particulièrement utile, puisque l’obstruction est définie par l’altération de la fonction d’un rein dans le temps. En cas d’hydronéphrose bilatérale, l’interprétation fonctionnelle ne doit évidemment pas tenir compte uniquement du pourcentage relatif des 2 reins.
L’excrétion Elle est étudiée en plaçant une ROI sur le parenchyme et les cavités rénales sur une image de la séquence dynamique. Comme précédemment la ROI est ensuite reproduite automatiquement sur toutes les images de la séquence dynamique. Un rénogramme excrétoire est alors obtenu, permettant de déterminer s’il existe ou non une obstruction. La classification scintigraphique d’O’Reilly (24), adaptée au protocole F +0, définit 3 grades : normal, obstruction, excrétion équivoque (fig. 7). Lorsqu’il n’existe pas d’obstruction, l’injection de furosémide, en augmentant le débit de filtration glomérulaire, draine le gadolinium stagnant dans des cavités pyélocalicielles dilatées vers l’uretère. En revanche, s’il existe une obstruction, le furosémide est sans effet et le gadolinium s’accumule dans les cavités. J Radiol 2009;90
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Fig. 4 : a b c
Fig. 5 :
Segmentation rénale parenchymateuse pour la mesure des volumes. Traitement des 5 premières images passant par les reins. Images non segmentées. Segmentation du rein droit. Segmentation du rein gauche.
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a b c
ROI parenchymateuse et rénogramme parenchymateux. V : pic vasculaire ; P : niveau P ; G : pic glomérulaire, A : aire sous la courbe nécessaire au calcul de la fonction rénale relative, entre les points P et G, correspondant à la filtration glomérulaire.
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a b
Fig. 6 : a b c d e
Calcul de la fonction rénale relative dans le cadre d’une duplicité urétérale gauche chez un garçon de 3 ans. c Scintigraphie rénale au DMSA. Seul le ratio droite-gauche peut être évalué. La résolution spatiale ne permet pas d de différencier le pôle supérieur du pôle inférieur du rein gauche. e Région d’intérêt placée sur le pôle supérieur, et rénogramme parenchymateux correspondant. Segmentation du pôle supérieur du rein gauche : volume de 24 mL. Région d’intérêt placée sur le pôle inférieur, et rénogramme parenchymateux correspondant. Segmentation du pôle inférieur du rein gauche : volume de 35 mL La fonction rénale relative du pôle supérieur gauche est de (7 107 x 24)/ [(7 107 x 24) + (10 486 x 35)] x 100 = 32 %. La fonction rénale relative du pôle inférieur gauche est de 68 %.
L’interprétation des rénogrammes excrétoires doit rester prudente car l’état d’hydratation du patient, la fonction rénale relative, le volume des cavités rénales, le décubitus, et le degré de réplétion vésicale sont des paramètres modifiant de façon significative le rénogramme excrétoire. Aucune méthode de normalisation ou de correction ne parvient à
s’affranchir de tous ces paramètres (2529). Un rénogramme excrétoire normal permet d’affirmer qu’il n’existe pas d’obstruction. En revanche, il est difficile d’affirmer avec certitude devant un rénogramme excrétoire faisant évoquer une obstruction, que l’obstruction est réelle. En effet, Amarante a étudié des enfants ayant une hydronéphrose sans
obstruction (stabilité dans le temps de la fonction rénale relative) et a rapporté que 44 % de ces patients avaient un rénogramme de type obstructif (25). L’évaluation de l’obstruction, ne peut être faite sans connaître au préalable la fonction rénale relative et son évolution au cours du temps. En effet, une stabilité dans le temps de la fonction relative J Radiol 2009;90
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Fig. 7 :
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ROI excrétoire et les 3 rénogrammes excrétoires possibles du protocole F0. I : aspect normal ou dilatation sans obstruction; II : obstruction, III: aspect équivoque
permet d’éliminer une obstruction (9). Aucun élément morphologique, ne permet de différencier une dilatation avec stase d’une authentique obstruction. L’obstruction peut également être étudiée par le temps de transit moyen (TTM), défini par le délai entre l’apparition du gadolinium dans le parenchyme rénal et l’apparition dans la partie initiale de l’uretère, mais aucun des paramètres suscités n’est pris en compte. Jones (2) a défini trois catégories chez les enfants en fonction du TTM : excrétion normale (< 246s), excrétion équivoque (246-490s) et obstruction (> 490s).
L’uro-IRM de demain
Les modèles compartimentaux Depuis quelques années, des modèles compartimentaux initialement appliquées à la scintigraphie, ont été adaptés au scanner (30) puis à l’IRM (31) afin d’étudier la fonction rénale relative voire même la fonction rénale absolue (débit de filtration glomérulaire en ml/ min). Si la détermination de la fonction rénale relative est fiable avec ces modèles, il en va autrement de la fonction rénale absolue. En effet, il a été prouvé par des études de médecine nucléaire que la clairance calculée avec la méthode de Cockcroft reste plus fiable que celle déterminée à partir de modèles compartimentaux en scintigraphie seule (c’est-àdire sans prélèvements sanguins ou urinaires) (32). J Radiol 2009;90
L’utilisation de ces modèles est restée jusqu’à maintenant du domaine de la recherche. Néanmoins, il est probable qu’ils prennent une place non négligeable dans un avenir proche. La méthode de Rutland-Patlak, est actuellement la plus étudiée. Son application première était destinée à l’étude de la perfusion cérébrale (33, 34). Elle a ensuite été adaptée à la détermination de la fonction rénale en scintigraphie (35), puis en tomodensitométrie (30, 36, 37), et dernièrement en IRM (31). Les principes de la méthode de Rutland-Patlak sont exposés ci-dessous. Le plus souvent, deux compartiments sont individualisés : un compartiment vasculaire et un compartiment néphronique. Plusieurs hypothèses doivent être admises : – la concentration de gadolinium est identique dans l’aorte et les artères rénales. – l’hématocrite est identique dans l’aorte et les vaisseaux rénaux (ce qui néglige l’effet Fahraeus). – l’espace interstitiel est négligeable (faux en cas de pyélonéphrite ou d’obstruction aigue). – la variation du signal dans un voxel est proportionnelle à la variation de concentration de gadolinium. Cette relation de linéarité est approchée par l’utilisation de faibles doses de gadolinium, et de séquences optimisées. – la relation entre le signal et la concentration de gadolinium est identique dans les 2 compartiments. La quantité de gadolinium arrivant dans l’aorte, en fonction du temps est appelée « fonction d’entrée artérielle ». Pour la
mesurer, une ROI est placée sur l’aorte sur la séquence dynamique, ce qui permet d’obtenir une courbe (fig. 8). L’intégrale sous la courbe à un temps t correspond à la quantité de gadolinium ayant circulé dans l’aorte au temps t. De la même façon une seconde ROI est placée sur le parenchyme rénal, en excluant les cavités. Les informations provenant de ces deux ROI permettent de déterminer la fonction rénale relative (voire absolue). La quantité de gadolinium, QGd, dans un voxel correspond à : QGd = ΔS x p x Vvox (S : intensité du signal mesuré – intensité du signal sans injection p : facteur de proportionnalité entre le signal et la concentration Vvox : volume du voxel)
Le facteur de proportionnalité p, permettant de convertir le signal en concentration (ΔS x p), peut ne pas être pris en compte, puisque dans l’équation de Rutland-Patlak, ce facteur est divisé par luimême. La quantité de gadolinium dans le rein à un moment t, R(t), correspond à la somme des quantités de gadolinium dans l’espace vasculaire rénal, V(t), et dans l’espace néphronique, N(t) : R(t) = V(t) + N(t) La concentration de gadolinium étant par hypothèse identique dans l’aorte et dans les artères rénales : V(t) = ν⋅Ao(t) (v : volume vasculaire rénal Ao(t) : concentration de gadolinium dans l’aorte, au temps t.)
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Fig. 8 : a b c
La clairance rénale α étant proportionnelle à la quantité de gadolinium arrivant dans l’aorte : t
N(t) = α ⋅ ∫ Ao ( t ) dt o
Ainsi en combinant les équations précédentes : t
R(t) = v.Ao(t) + α ⋅ ∫ Ao ( t ) dt o
L’équation de Rutland-Patlak est obtenue en divisant cette dernière équation par Ao(t) : t
∫o Ao ( t ) dt
R(t) ------------- = v + α . -----------------------Ao ( t ) Ao ( t )
En considérant l’ensemble des hypothèses énoncées auparavant exactes, cette équation correspond à celle d’une droite : y = b + ax b : le volume vasculaire intra-rénal correspond au croisement de la droite avec l’axe des ordonnées, en ml. a : la pente de la droite α est proportionnelle à la clairance rénale (la clairance rénale est obtenue après correction par l’hématocrite), en mL/s.
a. b c
Exemple de calcul de la fonction rénale relative selon méthode de Rutland-Patlak. Signal de l’aorte en fonction du temps. Signal du parenchyme rénal en fonction du temps. Graphique de Rutland-Patlak. Le temps en secondes est normalisé en fonction du signal aortique. La pente de chaque droite est proportionnelle à la clairance rénale de chaque rein. rein droit ; rein gauche. Fonction rénale relative droite = 1,1/(1,1 + 0,6) x 100 = 65 %. Fonction rénale relative gauche = 35 %.
En fait, une correction liée à l’hématocrite doit être apportée à α. En effet, le signal mesuré dans un voxel aortique correspond à la variation de concentration dans le sang, mais cette variation n’est attribuable qu’à la variation de concentration plasmatique : Clairance rénale du rein étudié (mL/min) = α x (1 – Hématocrite) x k k : constante La fonction rénale relative est calculée de la façon suivante : Fonction rénale relative droite (%) = αdroite/ (αdroite + αgauche) x 100
Les séquences 3D dynamiques Les séquences 3D dynamiques (dites 4D : 3D + temps) en écho de gradient T1, disponibles depuis quelques années sur les IRM 1,5 Tesla, permettent d’étudier la cinétique de rehaussement de l’ensemble des reins. Cela représente en théorie un avantage majeur par rapport aux séquences dynamiques monocoupes, puisque la cinétique de rehaussement de l’ensemble du rein (par la sommation de
tous les voxels rénaux) pourrait être étudiée. Néanmoins, pour conserver une résolution temporelle acceptable, les séquences 4D, ont à l’heure actuelle une résolution spatiale plus faible que les séquences monocoupes. Cela peut limiter l’étude d’un parenchyme atrophique, a fortiori chez les enfants. D’autre part, il n’existe pas encore à notre connaissance de logiciel disponible en routine, permettant d’étudier la cinétique de rehaussement des reins sur plusieurs coupes.
Conclusion D’ores et déjà chez l’enfant, l’uro-IRM est l’examen de référence dans l’exploration anatomo-fonctionnelle des duplications urétérales. Il est également très probable qu’elle remplace dans un avenir proche la scintigraphie au 99mTc-MAG3 ou au 99m Tc-DTPA dans l’exploration des obstructions urinaires, du fait de son caractère non irradiant, et d’un bilan morphologique et fonctionnel effectué en moins de J Radiol 2009;90
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40 minutes. Cependant, il ne faut pas sous-estimer les difficultés de cette technique liées d’une part à l’enfant (voie d’abord, sédation, contention) et d’autre part à la complexité du traitement des images.
Références 1.
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mise au point
génito-urinaire
Uro-IRM fonctionnelle chez l’enfant PH Vivier (1, 2), E Blondiaux (1), M Dolores (2), N Marouteau-Pasquier (1), M Brasseur (1), C Petitjean (2) et JN Dacher (1, 2)
Abstract
Résumé
Sinonasal cavities: CT imaging features of anatomical variants and surgical risk. J Radiol 2009;90:11-9
L’uro-IRM fournit des images anatomiques, mais également des données fonctionnelles, sans exposition aux radiations ionisantes. Elle permet l’évaluation de la fonction rénale séparée, de l’excrétion, et la quantification de l’obstruction. Elle est ainsi très complémentaire à l’échographie pré et post-natale dans l’évaluation des uropathies obstructives de l’enfant. En cas de disponibilité suffisante, l’IRM remplace avantageusement l’urographie intraveineuse.
MR Urography (MRU) provides both morphologic and functional information without radiation exposure. It enables the assessment of split renal function, excretion, and quantification of obstruction. MRU is thus complementary to ultrasonography in the assessment of pre- and post-natal obstructive uropathies in children. If available, MRU should be definitely preferred to intravenous urography. Key words: Kidney. Urography. Magnetic resonance imaging. Hydronephrosis. Child.
a bonne résolution spatiale et l’excellente résolution en contraste de l’uro-IRM fonctionnelle permettent une étude morphologique de qualité. Sa bonne résolution temporelle avec des séquences optimisées autorise une analyse de la cinétique de la prise de contraste du rein et de l’excrétion du gadolinium dans ses cavités. De nombreux auteurs (1-8) ont mis en évidence une bonne corrélation entre l’uro-IRM fonctionnelle et la scintigraphie au 99mTc-MAG3 ou au 99mTc-DTPA.
L
Indications La principale indication de routine de l’uro-IRM dans notre expérience est l’hydronéphrose ou l’urétéro-hydronéphrose uni ou bilatérale chez l’enfant. L’hydronéphrose correspond à une dilatation pyélocalicielle, mais n’est pas toujours associée à une obstruction urinaire. La définition de l’obstruction adoptée par la plupart des auteurs est celle de Koff (9) : pathologie entravant l’écoulement des urines et qui détériorera la fonction rénale
Mots-clés : Rein. Urographie. Imagerie par résonance magnétique Hydronéphrose. Enfant.
(ou plus exactement le débit de filtration glomérulaire) en l’absence de traitement. Cela montre que les conséquences d’une dilatation sont difficilement prévisibles. En effet la majorité des hydronéphroses prénatales régressent spontanément et sont sans retentissement sur la fonction rénale dans les premières années de la vie. Il est donc souhaitable de ne pas opérer les enfants ayant une hydronéphrose sans obstruction. En revanche, en cas d’obstruction il est nécessaire de pouvoir intervenir, souvent chirurgicalement, avant que la fonction du rein atteint ne soit altérée. L’uro-IRM fonctionnelle dans le cadre des hydronéphroses a ainsi un double objectif : déterminer la fonction rénale relative (ou différentielle) et identifier une éventuelle obstruction. Il s’agit également de l’examen de référence pour l’exploration anatomo-fonctionnelle des duplications urétérales du fait de la faible résolution spatiale de la scintigraphie et de ses difficultés à différencier le pôle supérieur du pôle inférieur du rein dupliqué (10).
Technique (1) Service de Radiologie, CHU C. Nicolle, 1, rue de Germont, 76031 Rouen Cedex. (2) Laboratoire LITIS, EA 4108, UFR Médecine-Pharmacie, 22, boulevard Gambetta, 76183 Rouen Cedex. Correspondance : JN Dacher E-mail : [email protected]
Préparation du patient Une hydratation orale dans l’heure précédant l’examen est nécessaire. Si possible, l’enfant doit vider au maximum sa vessie,
puis est perfusé par un(e) professionnel(le). Un cathlon doit être préféré à une épicrânienne pour permettre un bolus de gadolinium à bon débit. Un robinet à 3 voies est branché à proximité immédiate du cathlon, sans prolongateur afin d’éviter un espace mort et une éventuelle purge incomplète après injection de furosémide et de gadolinium. En revanche pour assurer une installation dans l’IRM sans tension, une longue tubulure doit relier le robinet à la perfusion. Une sédation adaptée à l’âge de l’enfant, suivant le protocole local (11), est fortement recommandée pour éviter les artéfacts de mouvements liés à des pleurs ou à une agitation. Jusqu’à l’âge de 6 mois, l’ingestion d’un biberon immédiatement avant l’installation dans la machine est généralement suffisante. La contention est indispensable, de même que le suivi des paramètres vitaux si l’enfant est sédaté.
Injections de furosémide et du chélate de gadolinium L’enfant est ensuite installé dans l’IRM. Du furosémide est alors injecté en intraveineux à la dose de 1 mg/kg chez le nourrisson, et 0,5 mg/kg chez l’enfant et l’adulte jeune avec une dose maximale de 20 mg si la fonction rénale globale est normale. L’injection de furosémide faite immédiatement avant celle de gadolinium, appelée méthode F0 (12), est désormais la
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Uro-IRM fonctionnelle chez l’enfant
Tableau I Estimations biologiques la fonction glomérulaire à partir de la créatininémie. Adultes Formule de Cockcroft-Gault DFG = [140 – âge (en années)] x poids (en kg) x k/[créat (en μmol/L)] k = 1,04 chez la femme k = 1,25 chez l’homme Formule MDRD* (Modification of Diet in Renal Disease) DFG = 170 x [créat (en mg/dL)]-0,999 x [age]-0,176 x [urémie (en mg/dL)]-0,17 x [Alb (en g/dL)]0,368 x k x b k = 0,762 si femme k = 1 chez l’homme b = 1 chez le sujet noir Enfants Formule de Schwartz DFG = k x taille (en cm) x k/créat (en μmol/L) k = 29 entre 2-3 kg quelque soit le sexe k = 35 entre 3-12 kg quelque soit le sexe k = 49 chez les garçons entre 12-42 kg k = 49 chez les chez les filles > 12 kg k = 53 chez les garçons > 42 kg Facteurs de conversion créatininémie : μmol/L x 0,0113 = mg/dL et mg/dL x 88,5 = μmol/L urémie : mmol/L x 6 = mg/dL et mg/dL x 0,167 = mmol/L albuminémie : g/L x 0,1 = g/dL et g/dL x10 = g/L Créat : créatininémie. Alb : albuminémie.
plus utilisée. Cette injection est inspirée de la scintigraphie. Elle évite un « effet dilution » (fausse impression de vidange des cavités dilatées par dilution brutale), et sensibilise le diagnostic d’obstruction en cas de syndrome de jonction pyélourétérale en distendant le bassinet et en majorant ainsi l’obstacle. Elle améliore également la vidange en cas de simple stase. En revanche les risques de déshydratation et de toxicité cochléaire du furosémide imposent une hydratation correcte au décours de l’examen. Puis une demi-dose (0,05 mmol/kg), voire un quart de dose (0,025 mmol/kg) (8, 13) de chélate de gadolinium est injectée manuellement après le début des acquisitions de la séquence dynamique, et pulsée par 15 ml de sérum physiologique. Chez le nourrisson le risque de faible rapport signal sur bruit, lié à la gestion difficile des faibles volumes injectés, fait préférer la demi-dose. Le but de ces faibles doses est l’obtention d’une faible concentration de gadolinium dans le parenchyme rénal, et par là même de minimiser l’effet T2 (décroissance du signal apparaissant avec de fortes concentrations de gadolinium). Par ailleurs, la relation entre la concentration de gadolinium et le signal est dans ce cas relativement linéaire (14), ce qui autorise une analyse fonctionnelle. Le furosémide minimise également l’effet T2. Des recommandations portant sur l’utilisation des produits contraste gadoli-
nés en pédiatrie et le risque de fibrose systémique néphrogénique (FSN) ont été publiées (15). Les points clés de ces recommandations concernent la prévention : • effectuer une IRM seulement si l’indication est formelle. • identifier les patients à risque de FSN : insuffisants rénaux et greffés hépatiques. Idéalement, un dosage de la créatininémie et un calcul de la clairance rénale (tableau I) seraient souhaitables avant l’IRM. • bien peser l’indication d’une injection de gadolinium. Si la clairance est inférieure à 60 mL/min, l’injection doit être reconsidérée. En cas de clairance inférieure à 30 mL/min, une discussion avec un néphrologue est souhaitable. Dans ces deux cas, les patients et leurs parents doivent être informés des risques, et seul un chélate de gadolinium macrocyclique peut être injecté. D’autre part les récentes recommandations de la Société Européenne de Radiologie Urogénitale (ESUR) (16) font état de l’immaturité rénale chez les enfants de moins d’un an, expliquant le risque accru de développer une FSN. Chez ces patients, il est logiquement recommandé d’utiliser « avec prudence » le Gadolinium-DTPA élémentaires. La dose de gadolinium injectée doit être la plus faible possible, sans jamais dépasser 0,3 mmol/kg.
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Séquences Une antenne de réception multi-canaux est à privilégier. Chez les enfants, les mouvements respiratoires des reins sont peu marqués, ce qui autorise la réalisation d’acquisitions en respiration libre. Une séquence de repérage couvrant l’ensemble de l’abdomen est réalisée dans les 3 plans. Secondairement, une acquisition coronale oblique 2D ou 3D, fortement pondérée T2 est réalisée avec saturation de la graisse, parallèle au grand axe des reins (déterminé sur les coupes sagittales de repérage), couvrant les reins et s’étendant jusqu’au pubis, sur une épaisseur d’au moins 40 mm. La séquence est de type balanced-FFE (17), ou à défaut en écho de spin rapide (HASTE ou RARE) (18). La réalisation de coupes fines 3D fortement pondérées T2 peut s’avérer utile pour analyser l’implantation d’une urétérocèle ectopique. Le plan sagittal semble supérieur aux autres dans ce cas, car moins artéfacté (fig. 1). Puis la séquence dynamique T1 en écho de gradient rapide, type FFE (Fast Field Echo) est effectuée. L’acquisition est faite dans un plan coronal oblique correspondant au grand axe des deux reins. Cette séquence peut être monocoupe (épaisseur = 1 cm, résolution temporelle = 1 seconde), ou multicoupes (séquence 3D dynamique, dite 4D, épaisseur de 4 à 10 mm, 3 à 30 coupes, résolution temporelle de 3 à 8 sec). Les séquences 4D permettent d’étudier la cinétique de rehaussement de l’ensemble du parenchyme des deux reins, mais sont plus sensibles au flou cinétique lié à la respiration ou aux pleurs de l’enfant. Le champ de vue rectangulaire doit être adapté à la morphologie du patient et englober la totalité des reins. Pour être rapide, l’acquisition du plan de Fourier est partielle, et la matrice d’acquisition doit être de petite taille, par exemple : 116 × 192. Les images sont acquises en continu, selon la résolution temporelle de la séquence pendant 5 minutes, puis acquises toutes les 30 secondes pendant 10 à 15 minutes. Si ces dernières sont artéfactées, le manipulateur peut les refaire immédiatement. L’acquisition débute avant l’injection afin de pouvoir normaliser ultérieurement le signal des reins pour tracer les courbes dynamiques avec un niveau de base à 0. Après la séquence dynamique, la même dose de gadolinium peut être réinjectée J Radiol 2009;90
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variante anatomique sans valeur pathologique (19). Si la technique chirurgicale envisagée est une endopyélotomie rétrograde, l’existence d’une artère polaire inférieure doit être connue du chirurgien afin d’inciser la jonction pyélo-urétérale avec une grande prudence afin d’éviter de blesser l’artère. Souvent l’existence d’une artère polaire fait préférer une autre technique. Une bonne communication avec ce dernier, et une demande précise de sa part sur la recherche ou non d’une artère polaire est nécessaire afin de limiter au strict minimum la dose de gadolinium injectée. La figure 2 récapitule le déroulement d’un examen.
Fig. 1 :
Coupe fine sagittale T2 (CISS). Urétérocèle ectopique chez une fillette de 6 mois ayant une duplication urétérale avec urétéro-hydronéphrose polaire supérieure gauche.
pour effectuer 60 à 90 secondes plus tard (temps parenchymateux), une séquence écho de gradient T1 2D ou 3D avec saturation de la graisse en coronal et en axial. L’épaisseur des coupes doit être inférieure à 5 mm afin de limiter les effets de volume partiel détériorant la précision des mesures volumétriques. Le rehaussement homogène du parenchyme rénal, supérieur à celui des organes voisins, permet la segmentation des reins lors du posttraitement semi-automatique des images. La réalisation de 2 plans orthogonaux permet de rechercher des cicatrices corticales. En cas de syndrome de la jonction ou de sténose d’artère rénale, une séquence d’angio-IRM en écho de gradient T1 3D peut être effectuée avant la séquence
Fig. 2 :
volumétrique, à la recherche d’une artère polaire ou pour localiser la sténose. Dans ce cas, une réinjection de gadolinium est donc nécessaire. La dose totale de gadolinium incluant les injections précédentes ne doit pas être supérieure à 0,2 mmol/kg (soit 0,4 mL/kg de gadolinium semi-molaire). Si une angio-IRM est effectuée, la séquence volumétrique est effectuée immédiatement après l’angio-IRM pour profiter de l’injection. La recherche d’une artère polaire dans le cadre des syndromes de la jonction n’est pas toujours obligatoire, et dépend du type d’intervention envisagée par le chirurgien et de ses habitudes. Les artères polaires inférieures sont rarement à l’origine d’une obstruction pyélo-urétérale, et représentent souvent une simple
Déroulement d’un examen d’uro-IRM.
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Interprétation morphologique L’acquisition coronale oblique fortement pondérée T2 (fig. 3) fournit une image urographique, avec les structures liquidiennes en hypersignal. Cette coupe permet d’étudier rapidement les cavités rénales et les uretères sur toute leur longueur. La vessie peut également être évaluée, mais n’est pas toujours entièrement comprise dans le volume étudié. Les coupes 3D fines pondérées T2 de type CISS permettent de localiser avec précision l’abouchement d’une urétérocèle ectopique (fig. 1), d’un uretère ectopique.
Interprétation fonctionnelle L’acquisition dynamique permet d’étudier la fonction rénale relative et l’excrétion rénale. L’analyse fonctionnelle requiert un logiciel de traitement d’image. Nous utilisons ImageJ et le plug-in d’uroIRM que nous avons développé (14,
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a bc
Fig. 3 : a b c
Coupes coronales obliques fortement pondérées T2. Dilatation pyélo-calicielle gauche. Syndrome de la jonction pyélourétérale. Mégacalicose gauche. Mégauretère gauche.
20, 21). Ils sont téléchargeables gratuitement, ainsi que le mode d’emploi, sur le site du National Institutes of Health (NIH), à l’adresse http://rsb.info.nih.gov/ij.
La fonction rénale relative C’est le pourcentage de la contribution de chaque rein à la fonction glomérulaire totale. Cette étude est dérivée de la scintigraphie au 99m Tc-DTPA ou au 99m TcMAG3, et a été adaptée à l’IRM par Rohrschneider (4-7). Elle nécessite pour chaque rein deux données : le volume rénal et l’aire sous un segment de courbe. Le volume rénal est calculé en plaçant une région d’intérêt (ROI) sur le parenchyme rénal, en excluant les cavités. Cette opération est répétée sur toutes les coupes (fig. 4). Le volume est ainsi déterminé par la somme des voxels sélectionnés. La cinétique de prise de contraste du parenchyme rénal peut être représentée par une courbe d’intensité de signal en fonction du temps appelée rénogramme. Elle est obtenue en traçant manuellement une ROI sur le parenchyme rénal en excluant les cavités, et sera ensuite reproduite automatiquement sur toutes les coupes de la série dynamique. Classiquement le rénogramme débute par le pic vasculaire (fig. 5), lié à l’arrivée du bolus de gadolinium dans les artérioles rénales. Le point le plus bas après ce pic est le « niveau de base P », à partir duquel le signal augmente de façon plus douce. La partie initiale de ce segment correspond à la filtration glomé-
rulaire du gadolinium. La partie terminale de ce segment est marquée par le pic glomérulaire (G), qui correspond au point d’équilibre entre la filtration glomérulaire et l’excrétion. Ensuite l’excrétion du gadolinium dans les cavités devient prédominante et explique la diminution progressive du signal à partir du pic G. Compte-tenu des hétérogénéités de champ magnétique et des asymétries de signal inhérentes à l’emploi d’antennes multiéléments, seul le signal relatif est étudié. C’est pourquoi la séquence dynamique doit débuter avant l’arrivée du produit de contraste dans les reins. L’aire sous la courbe entre le point P et le pic G est calculée pour chaque rein, et représente l’activité glomérulaire moyenne de chaque voxel parenchymateux. En cas d’examen artéfacté, le point G, n’est pas toujours facilement individualisable. Dans ce cas, il est souhaitable d’étudier séparément les 2 rénogrammes à analyser (droit et gauche). Si le pic G est clairement identifié sur un des 2 rénogrammes, le point correspondant au même temps devra être choisi sur l’autre rénogramme (fig. 6). Il est toujours indispensable que les aires sous la courbe correspondent aux mêmes intervalles de temps. Les aires sont ensuite pondérées par le nombre de voxels (volume parenchymateux) de chaque rein. En compilant le volume des reins et l’aire sous la courbe (21) le logiciel fournit la fonction rénale relative. Une asymétrie de fonction rénale est définie par un écart de plus 10 % entre les 2 reins (donc un rein
ayant une fonction < 45 % et l’autre > 55 %) (22, 23). Pour une duplicité urétérale, la fonction rénale relative est décomposée en fonctions glomérulaires relatives polaires supérieure et inférieure (fig. 6). La surveillance longitudinale de la fonction rénale relative est particulièrement utile, puisque l’obstruction est définie par l’altération de la fonction d’un rein dans le temps. En cas d’hydronéphrose bilatérale, l’interprétation fonctionnelle ne doit évidemment pas tenir compte uniquement du pourcentage relatif des 2 reins.
L’excrétion Elle est étudiée en plaçant une ROI sur le parenchyme et les cavités rénales sur une image de la séquence dynamique. Comme précédemment la ROI est ensuite reproduite automatiquement sur toutes les images de la séquence dynamique. Un rénogramme excrétoire est alors obtenu, permettant de déterminer s’il existe ou non une obstruction. La classification scintigraphique d’O’Reilly (24), adaptée au protocole F +0, définit 3 grades : normal, obstruction, excrétion équivoque (fig. 7). Lorsqu’il n’existe pas d’obstruction, l’injection de furosémide, en augmentant le débit de filtration glomérulaire, draine le gadolinium stagnant dans des cavités pyélocalicielles dilatées vers l’uretère. En revanche, s’il existe une obstruction, le furosémide est sans effet et le gadolinium s’accumule dans les cavités. J Radiol 2009;90
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Fig. 4 : a b c
Fig. 5 :
Segmentation rénale parenchymateuse pour la mesure des volumes. Traitement des 5 premières images passant par les reins. Images non segmentées. Segmentation du rein droit. Segmentation du rein gauche.
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a b c
ROI parenchymateuse et rénogramme parenchymateux. V : pic vasculaire ; P : niveau P ; G : pic glomérulaire, A : aire sous la courbe nécessaire au calcul de la fonction rénale relative, entre les points P et G, correspondant à la filtration glomérulaire.
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a b
Fig. 6 : a b c d e
Calcul de la fonction rénale relative dans le cadre d’une duplicité urétérale gauche chez un garçon de 3 ans. c Scintigraphie rénale au DMSA. Seul le ratio droite-gauche peut être évalué. La résolution spatiale ne permet pas d de différencier le pôle supérieur du pôle inférieur du rein gauche. e Région d’intérêt placée sur le pôle supérieur, et rénogramme parenchymateux correspondant. Segmentation du pôle supérieur du rein gauche : volume de 24 mL. Région d’intérêt placée sur le pôle inférieur, et rénogramme parenchymateux correspondant. Segmentation du pôle inférieur du rein gauche : volume de 35 mL La fonction rénale relative du pôle supérieur gauche est de (7 107 x 24)/ [(7 107 x 24) + (10 486 x 35)] x 100 = 32 %. La fonction rénale relative du pôle inférieur gauche est de 68 %.
L’interprétation des rénogrammes excrétoires doit rester prudente car l’état d’hydratation du patient, la fonction rénale relative, le volume des cavités rénales, le décubitus, et le degré de réplétion vésicale sont des paramètres modifiant de façon significative le rénogramme excrétoire. Aucune méthode de normalisation ou de correction ne parvient à
s’affranchir de tous ces paramètres (2529). Un rénogramme excrétoire normal permet d’affirmer qu’il n’existe pas d’obstruction. En revanche, il est difficile d’affirmer avec certitude devant un rénogramme excrétoire faisant évoquer une obstruction, que l’obstruction est réelle. En effet, Amarante a étudié des enfants ayant une hydronéphrose sans
obstruction (stabilité dans le temps de la fonction rénale relative) et a rapporté que 44 % de ces patients avaient un rénogramme de type obstructif (25). L’évaluation de l’obstruction, ne peut être faite sans connaître au préalable la fonction rénale relative et son évolution au cours du temps. En effet, une stabilité dans le temps de la fonction relative J Radiol 2009;90
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Fig. 7 :
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ROI excrétoire et les 3 rénogrammes excrétoires possibles du protocole F0. I : aspect normal ou dilatation sans obstruction; II : obstruction, III: aspect équivoque
permet d’éliminer une obstruction (9). Aucun élément morphologique, ne permet de différencier une dilatation avec stase d’une authentique obstruction. L’obstruction peut également être étudiée par le temps de transit moyen (TTM), défini par le délai entre l’apparition du gadolinium dans le parenchyme rénal et l’apparition dans la partie initiale de l’uretère, mais aucun des paramètres suscités n’est pris en compte. Jones (2) a défini trois catégories chez les enfants en fonction du TTM : excrétion normale (< 246s), excrétion équivoque (246-490s) et obstruction (> 490s).
L’uro-IRM de demain
Les modèles compartimentaux Depuis quelques années, des modèles compartimentaux initialement appliquées à la scintigraphie, ont été adaptés au scanner (30) puis à l’IRM (31) afin d’étudier la fonction rénale relative voire même la fonction rénale absolue (débit de filtration glomérulaire en ml/ min). Si la détermination de la fonction rénale relative est fiable avec ces modèles, il en va autrement de la fonction rénale absolue. En effet, il a été prouvé par des études de médecine nucléaire que la clairance calculée avec la méthode de Cockcroft reste plus fiable que celle déterminée à partir de modèles compartimentaux en scintigraphie seule (c’est-àdire sans prélèvements sanguins ou urinaires) (32). J Radiol 2009;90
L’utilisation de ces modèles est restée jusqu’à maintenant du domaine de la recherche. Néanmoins, il est probable qu’ils prennent une place non négligeable dans un avenir proche. La méthode de Rutland-Patlak, est actuellement la plus étudiée. Son application première était destinée à l’étude de la perfusion cérébrale (33, 34). Elle a ensuite été adaptée à la détermination de la fonction rénale en scintigraphie (35), puis en tomodensitométrie (30, 36, 37), et dernièrement en IRM (31). Les principes de la méthode de Rutland-Patlak sont exposés ci-dessous. Le plus souvent, deux compartiments sont individualisés : un compartiment vasculaire et un compartiment néphronique. Plusieurs hypothèses doivent être admises : – la concentration de gadolinium est identique dans l’aorte et les artères rénales. – l’hématocrite est identique dans l’aorte et les vaisseaux rénaux (ce qui néglige l’effet Fahraeus). – l’espace interstitiel est négligeable (faux en cas de pyélonéphrite ou d’obstruction aigue). – la variation du signal dans un voxel est proportionnelle à la variation de concentration de gadolinium. Cette relation de linéarité est approchée par l’utilisation de faibles doses de gadolinium, et de séquences optimisées. – la relation entre le signal et la concentration de gadolinium est identique dans les 2 compartiments. La quantité de gadolinium arrivant dans l’aorte, en fonction du temps est appelée « fonction d’entrée artérielle ». Pour la
mesurer, une ROI est placée sur l’aorte sur la séquence dynamique, ce qui permet d’obtenir une courbe (fig. 8). L’intégrale sous la courbe à un temps t correspond à la quantité de gadolinium ayant circulé dans l’aorte au temps t. De la même façon une seconde ROI est placée sur le parenchyme rénal, en excluant les cavités. Les informations provenant de ces deux ROI permettent de déterminer la fonction rénale relative (voire absolue). La quantité de gadolinium, QGd, dans un voxel correspond à : QGd = ΔS x p x Vvox (S : intensité du signal mesuré – intensité du signal sans injection p : facteur de proportionnalité entre le signal et la concentration Vvox : volume du voxel)
Le facteur de proportionnalité p, permettant de convertir le signal en concentration (ΔS x p), peut ne pas être pris en compte, puisque dans l’équation de Rutland-Patlak, ce facteur est divisé par luimême. La quantité de gadolinium dans le rein à un moment t, R(t), correspond à la somme des quantités de gadolinium dans l’espace vasculaire rénal, V(t), et dans l’espace néphronique, N(t) : R(t) = V(t) + N(t) La concentration de gadolinium étant par hypothèse identique dans l’aorte et dans les artères rénales : V(t) = ν⋅Ao(t) (v : volume vasculaire rénal Ao(t) : concentration de gadolinium dans l’aorte, au temps t.)
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Uro-IRM fonctionnelle chez l’enfant
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Fig. 8 : a b c
La clairance rénale α étant proportionnelle à la quantité de gadolinium arrivant dans l’aorte : t
N(t) = α ⋅ ∫ Ao ( t ) dt o
Ainsi en combinant les équations précédentes : t
R(t) = v.Ao(t) + α ⋅ ∫ Ao ( t ) dt o
L’équation de Rutland-Patlak est obtenue en divisant cette dernière équation par Ao(t) : t
∫o Ao ( t ) dt
R(t) ------------- = v + α . -----------------------Ao ( t ) Ao ( t )
En considérant l’ensemble des hypothèses énoncées auparavant exactes, cette équation correspond à celle d’une droite : y = b + ax b : le volume vasculaire intra-rénal correspond au croisement de la droite avec l’axe des ordonnées, en ml. a : la pente de la droite α est proportionnelle à la clairance rénale (la clairance rénale est obtenue après correction par l’hématocrite), en mL/s.
a. b c
Exemple de calcul de la fonction rénale relative selon méthode de Rutland-Patlak. Signal de l’aorte en fonction du temps. Signal du parenchyme rénal en fonction du temps. Graphique de Rutland-Patlak. Le temps en secondes est normalisé en fonction du signal aortique. La pente de chaque droite est proportionnelle à la clairance rénale de chaque rein. rein droit ; rein gauche. Fonction rénale relative droite = 1,1/(1,1 + 0,6) x 100 = 65 %. Fonction rénale relative gauche = 35 %.
En fait, une correction liée à l’hématocrite doit être apportée à α. En effet, le signal mesuré dans un voxel aortique correspond à la variation de concentration dans le sang, mais cette variation n’est attribuable qu’à la variation de concentration plasmatique : Clairance rénale du rein étudié (mL/min) = α x (1 – Hématocrite) x k k : constante La fonction rénale relative est calculée de la façon suivante : Fonction rénale relative droite (%) = αdroite/ (αdroite + αgauche) x 100
Les séquences 3D dynamiques Les séquences 3D dynamiques (dites 4D : 3D + temps) en écho de gradient T1, disponibles depuis quelques années sur les IRM 1,5 Tesla, permettent d’étudier la cinétique de rehaussement de l’ensemble des reins. Cela représente en théorie un avantage majeur par rapport aux séquences dynamiques monocoupes, puisque la cinétique de rehaussement de l’ensemble du rein (par la sommation de
tous les voxels rénaux) pourrait être étudiée. Néanmoins, pour conserver une résolution temporelle acceptable, les séquences 4D, ont à l’heure actuelle une résolution spatiale plus faible que les séquences monocoupes. Cela peut limiter l’étude d’un parenchyme atrophique, a fortiori chez les enfants. D’autre part, il n’existe pas encore à notre connaissance de logiciel disponible en routine, permettant d’étudier la cinétique de rehaussement des reins sur plusieurs coupes.
Conclusion D’ores et déjà chez l’enfant, l’uro-IRM est l’examen de référence dans l’exploration anatomo-fonctionnelle des duplications urétérales. Il est également très probable qu’elle remplace dans un avenir proche la scintigraphie au 99mTc-MAG3 ou au 99m Tc-DTPA dans l’exploration des obstructions urinaires, du fait de son caractère non irradiant, et d’un bilan morphologique et fonctionnel effectué en moins de J Radiol 2009;90
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40 minutes. Cependant, il ne faut pas sous-estimer les difficultés de cette technique liées d’une part à l’enfant (voie d’abord, sédation, contention) et d’autre part à la complexité du traitement des images.
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