Der Nuklearmediziner 2003; 26(3): 169-180
DOI: 10.1055/s-2003-44329
Nuklearmedizinische Nierendiagnostik

© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Methoden zur quantitativen Clearancebestimmung

Clearance Determination MethodsB. Bubeck1
  • 1Klinik für Nuklearmedizin, Kantonsspital St. Gallen, Schweiz
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Publication Date:
20 November 2003 (online)

Zusammenfassung

Es gibt mehrere Prinzipien, nach denen Clearancebestimmungen durchgeführt werden können und unter diesen jeweils eine Reihe von unterschiedlichen Verfahren, die teilweise in Abhängigkeit vom verwendeten Radiopharmakon zur Anwendung kommen. Insbesondere für einfache und häufig in der klinischen Routine eingesetzte Methoden stehen eine Vielzahl verschiedener, empirisch gefundener Algorithmen zur Verfügung, über deren Wertigkeit und Genauigkeit sich die Experten selten einig sind und die länderabhängig in unterschiedlichem Ausmaß eingesetzt werden.
In der vorliegende Arbeit werden zum einen die physiologischen Grundlagen von Clearancebestimmungen erörtert sowie die vorwiegend eingesetzten Radiopharmaka vorgestellt, zum anderen die theoretischen Hintergründe der einzelnen Clearancebestimmungsverfahren dargelegt. Schwerpunktmäßig befasst sich der Artikel dabei mit der Modifikation der seit Anfang der 70-iger Jahre bekannten Single-Sample-Methode durch den Autor. Die resultierenden neuen Algorithmen sind inzwischen vor allem in Deutschland sehr verbreitet, was als wesentlicher Beitrag zur Standardisierung von Clearanceergebnissen mit 99mTc-MAG3 anzusehen ist. Außerdem wird eine Auswahl geeigneter Algorithmen für die Verwendung verschiedener Clearancesubstanzen präsentiert.
Ergänzend erfolgt eine detaillierte Beschreibung eines ganz wesentlichen Teils der nuklearmedizinischen Nierendiagnostik: Die Berechnung der seitengetrennten, relativen Clearance nach einer Methode, die in die Software der meisten Kamerahersteller implementiert ist.

Abstract

There are several principles which can be used for clearance determination, and a number of different methods are applied under each principle, some of them dependent on the radiopharmaceutical used. A large variety of different algorithms, which were determined empirically, are available for methods employed in clinical routine. Experts seldom agree on their usefulness and accuracy, and they are employed to different extents depending on the country.
This review article presents the physiological basics of clearance determination and gives a short overview of the radiopharmaceuticals used as well as showing the theoretical background of the respective clearance determination methods. The paper focuses on the author's modification of the single-sample method, which has been known since the 1970's. The resulting new algorithms are meanwhile widely used especially in Germany, which is a considerable contribution to the standardization of clearance results using 99mTc-MAG3. Furthermore, a selection of suitable algorithms for the use of different clearance substances is offered.
A further, essential aspect of renal diagnostics in nuclear medicine is described in detail: The calculation of the split clearance using a method implemented in the software of most camera manufacturers.

Literatur

  • 1 Assailly J, Pavel D G, Bader C, Chanard J, Ryerson T W, Cotard J-P, Funck-Brentano J L. Noninvasive experimental determination of the individual kidney filtration fraction by means of a dual-tracer technique.  J Nucl Med. 1977;  18 684-691
  • 2 Bianchi C, Toni P. The measurement of the renal clearance of gamma-emitting tracers by the use of external counting.  Experientia. 1964;  20 148-149
  • 3 Blaufox M D. Procedures of choice in renal nuclear medicine.  J Nucl Med. 1991;  32 1301-1309
  • 4 Blaufox M D, Aurell M, Bubeck B, Fommei E, Piepsz A, Russell C, Taylor A, Thomsen H S, Volterrani D. Report of the radionuclides in nephrourology committee on renal clearance.  J Nucl Med. 1996;  37 1883-1890
  • 5 Blaufox M D, Frohmüller H GW, Campbell J C, Utz D C, Orvis A L, Owen C A. A simplified method of estimating renal function with iodohippurate I131.  J Surg Res. 1963;  3 122-125
  • 6 Blaufox M D, Merrill J P. Simplified hippuran clearance. Measurement of renal function in man with simplified hippuran clearances.  Nephron. 1966;  3 274-281
  • 7 Blaufox M D, Potchen E J, Merrill J P. Measurement of effective renal plasma flow in man by external counting methods.  J Nucl Med. 1967;  8 77-85
  • 8 Boer P. Estimated lean body mass as an index for normalization of body fluid volumes in humans.  Am J Physiol. 1984;  247 632-636
  • 9 Brøchner-Mortensen J, Giese J, Rossing N. Renal inulin clearance versus total plasma clearance of 51Cr-EDTA.  Scand J Clin Lab Invest. 1969;  23 301-305
  • 10 Bubeck B. Renal clearance determination with one blood sample: Improved accuracy and universal applicability by a new calculation principle.  Semin Nucl Med. 1993;  23 73-86
  • 11 Bubeck B. Technetium-99m-MAG3 für die nuklearmedizinische Nierenfunktionsdiagnostik. Pharmakokinetik und klinische Anwendung im Vergleich mit radiojodierter Hippursäure (2. Auflage). Hans Huber, Bern 1993
  • 12 Bubeck B. Bestimmung der Nierenclearance mit einer Blutentnahme.  Der Nuklearmediziner. 1994;  17 35-46
  • 13 Bubeck B, Brandau W, Eisenhut M, Weidenhammer K, Georgi P. The tubular extraction rate (TER) of Tc-99m MAG3: A new quantitative parameter of renal function.  NucCompact. 1987;  18 260-267
  • 14 Bubeck B, Brandau W, Weber E, Kälble T, Parekh N, Georgi P. Pharmacokinetics of technetium-99m-MAG3 in humans.  J Nucl Med. 1990;  31 1285-1293
  • 15 Bubeck B, Brandau W, Weber E, Pomer S, Georgi P, zum Winkel K. Renal function studies using 99mTc-MAG3: Pharmacokinetics and slope clearance determination. In: Blaufox MD, Hollenberg NK, Raynaud C (eds). Radionuclides in Nephro-Urology. Karger, Basel. Contrib Nephrol 1990; 79: 72-73
  • 16 Bubeck B, Piepenburg R, Grethe U, Ehrig B, Hahn K. A new principle to normalize plasma concentrations allowing single-sample-clearance determinations in both children and adults.  Eur J Nucl Med. 1992;  19 511-516
  • 17 Carlsen J L, Møller M L, Lund J O, Trap-Jensen J. Comparison of four commercial Tc-99m(Sn)DTPA preparations used for the measurement of glomerular filtration rate: Concise communication.  J Nucl Med. 1980;  21 126-129
  • 18 Chantler C, Garnett E S, Parsons V, Veall N. Glomerular filtration rate measurement in man by the single injection method using 51Cr-EDTA.  Clin Sci. 1969;  37 169-180
  • 19 Constable A R, Hussein M M, Albrecht M P, Thompson F D, Philalithis P E, Joekes A M. Single sample extimates of renal clearances.  Br J Urol. 1979;  51 84-87
  • 20 Dakubu S, Adu D, Nkrumah K N, Anim-Addo Y, Belcher E H. Single blood sample estimation of glomerular filtration rate.  Nucl Med Commun. 1980;  1 83-86
  • 21 Dissmann T, Gotzen R, Neuber K, Offermann B, Schwab M. Das Erythrocyten- und Plasmavolumen sowie die Relation zwischen Körperhämatokrit und venösem Hämatokrit in verschiedenen Stadien der essentiellen und bei renovasculärer Hypertonie.  Klin Wschr. 1971;  49 915-927
  • 22 Doppelfeld E. Untersuchungen zur 131J-Hippuran-Clearance bei der Stauungsniere. Die Extraktion von Para-Amino-Hippursäure und 131J-Hippuran in der akut gestauten Hundeniere.  Nucl-Med. 1979;  18 181-185
  • 23 DuBois D, DuBois E F. Clinical calorimetry. X. A formula to estimate the approximate surface area if hight and weight be known.  Arch Intern Med. 1916;  17 863-891
  • 24 Fawer C L, Torrado A, Guignard J P. Maturation of renal function in full-term and premature neonates.  Helv Paediat Acta. 1979;  34 11-21
  • 25 Fine E J, Axelrod M, Gorkin J, Saleemi K, Blaufox M D. Measurement of effective renal plasma flow: A comparison of methods.  J Nucl Med. 1987;  28 1393-1400
  • 26 Fisher M, Veall N. Glomerular filtration rate estimation based on a single blood sample.  Br Med J. 1975;  2 542
  • 27 Fleming J S, Wilkinson J, Oliver R M, Ackery D M, Blake G M, Waller D G. Comparison of radionuclide estimation of glomerular filtration rate using technetium 99m diethylenetriaminepentaacetic acid and chromium 51 ethylenediaminetetraacetic acid.  Eur J Nucl Med. 1991;  18 391-395
  • 28 Gates G F. Glomerular filtration rate: Estimation from fractional renal accumulation of 99mTc DTPA (stannous).  Am J Roentgenol. 1982;  138 565-570
  • 29 Gordon I, Anderson P J, Orton M, Evans K. Estimation of technetium-99m-MAG3 renal clearance in children: Two gamma camera techniques compared with multiple plasma samples.  J Nucl Med. 1991;  32 1704-1708
  • 30 Groth S, Aasted M. 51Cr-EDTA clearance determined by one plasma sample.  Clin Physiol. 1981;  1 417-425
  • 31 Groth T, Tengstrom B. A simple method for the determination of glomerular filtration rate.  Scand J Clin Lab Invest. 1977;  37 39-47
  • 32 Hagstam K E, Nordenfelt I, Svensson L, Svensson S E. Comparison of methods for determination of glomerular filtration rate in renal disease.  Scand J Clin Lab Invest. 1974;  34 31-36
  • 33 Hall J E, Guyton A C, Farr B M. A single-injection method for measuring glomerular filtration rate.  Am J Physiol. 1977;  232 72-76
  • 34 Ham H R, Piepsz A. Estimation of glomerular filtration rate in infants and in children using a single-plasma sample method.  J Nucl Med. 1991;  32 1294-1297
  • 35 Hamilton D, Miola U J. Body surface area correction in single-sample methods of glomerular filtration rate estimation.  Nucl Med Commun. 1999;  20 273-278
  • 36 Heidenreich P, Lauer O, Fendel H, Oberdorfer M, Pabst H W. Determination of total and individual kidney function in children by means of I-123-hippuran, whole body clearance and scintillation camera.  Pediatr Radiol. 1981;  11 17-27
  • 37 Hör G, Kretschko J, Heidenreich P, Pabst H W, Kempken K, Schwarzendorfer A. Bestimmung der renalen Filtrationsfraktion durch simultane Doppelradionuklid-Clearancetechnik.  Fortschr Röntgenstr. 1974;  120 322-330
  • 38 Jackson J H, Blue P W, Ghaed N. Glomuerular filtration rate determined in conjunction with routine renal scanning.  Radiology. 1985;  154 203-205
  • 39 Jacobsson L. A method for the calculation of renal clearance based on a single plasma sample.  Clin Physiol. 1983;  3 297-305
  • 40 Junges R. Nuklearmedizinische Bestimmung der Nierenclearanceäquivalent zur physiologischen Clearancemessung.  Fortschr Röntgenstr. 1983;  139 683-690
  • 41 Kinsman J M, Moore J W, Hamilton W F. Studies on the circulation. I. Injection method: Physical and mathematical considerations.  Am J Physiol. 1929;  89 322-330
  • 42 Lear J L, Feyerabend A, Gregory C. Two-compartment, two-sample technique for accurate estimation of effective renal plasma flow: Theoretical development and comparison with other methods.  Radiology. 1989;  172 431-436
  • 43 Lerson G, Delwaide P A, Lejeune G, Rorive G, Merchie G. The value of two simplified methods for the measurement of renal plasma flow by 131 I-hippuran. In: Blaufox MD, Funck-Brentano JL (eds). Radionuclides in Nephrology. Grune & Stratton, New York 1972; 241-247
  • 44 Möhring K, Georgi P, Röhl L, Sinn H. Simultaneous split measurement of glomerular filtration rate (GFR) and effective renal plasma flow (ERPF) by 111-In-DTPA and 131-I-orthoiodohippurate-infusion clearance following initial double-isotope scintigraphy. In: zum Winkel K, Blaufox MD, Funck-Brentano JL (eds). Radionuclides in Nephrology. Georg Thieme, Stuttgart 1975; 309 -314
  • 45 Morgan W D, Birks J L, Sivyer A, Ghose R R. An efficient technique for the simultaneous estimation for GFR and ERPF, involving a single injection and two blood samples.  Int J Nucl Med Biol. 1977;  4 79-83
  • 46 Mostbeck A. Quantitative Funktionsprüfung der Nieren auf Basis der Tiefenkorrektur und der frühen Hippuranakkumulation. In: Munkner T, Schmidt HAE (eds). Qualitätskriterien in der Nuklearmedizin. Schattauer, Stuttgart 1977; 345 -349
  • 47 Mulligan J S, Blue P W, Hasbargen J A. Methods for measuring GFR with technetium-99m-DTPA: An analysis of several common methods.  J Nucl Med. 1990;  31 1211-1219
  • 48 Nadler S B, Hidalgo J K, Block T. Prediction of blood in normal human adults.  Surgery. 1962;  51 224-232
  • 49 Oberhausen E, Kirsch W, Emrani I. Measurement of unilateral renal plasma flow by combination of clearance determination and renograms. In: Blaufox MD, Funck-Brentano JL (eds). Radionuclides in Nephrology. Grune & Stratton, New York 1972; 233-239
  • 50 Oberhausen E, Romahn A. Bestimmung der Nierenclearance durch externe Gammastrahlenmessung. In: Hoffmann G, Höfer R (Hrsg). Radionuklide in Kreislaufforschung und Kreislaufdiagnostik. Schattauer, Stuttgart 1968; 323-326
  • 51 Pedersen J F, Pedersen M F, Madsen P O. Clinical renal function testing by external double isotope monitoring technique.  Nucl-Med. 1971;  10 16-24
  • 52 Piepenburg R, Grimm W, Duempelfeld K M, Emmes S, Hahn K. Zwei vereinfachte Methoden zur simultanen Bestimmung von glomerulaerer Filtrationsrate (GFR) und effektivem renalem Plasmafluss (ERPF).  Nucl-Med. 1993;  32 103
  • 53 Piepsz A, Dobbeleir A, Erbsmann F. Measurement of separate kidney cleareance by means of 99mTc-DTPA complex and a scintillation camera.  Eur J Nucl Med. 1977;  2 173-177
  • 54 Piepsz A, Gordon I, Hahn K. Paediatric nuclear medicine.  Eur J Nucl Med. 1991;  18 41-66
  • 55 Piepsz A, Gordon I, Hahn K, Kolinska J, Kotzerke J, Sixt R. Determination of the technetium-99m mercaptoacetyltriglycine plasma clearance in children by means of a single blood sample: a multicentre study.  Eur J Nucl Med. 1993;  20 244-248
  • 56 Rehling M, Møller M L, Thamdrup B, Lund J O, Trap-Jensen J. Simultaneous measurement of renal clearance and plasma, clearance of Tc-99m labelled diethylenetriamine pentaacetate, Cr-51 labelled ethylenediamine tetraacetate and inulin in man.  Clin Sci. 1984;  66 613-619
  • 57 Rehling M, Nielsen L E. Plasma clearance of Tc-99m-MAG3: Accuracy of five single-sample methods.  Nucl Med Commun. 2000;  21 193-197
  • 58 Retzlaff J A, Tauxe W N, Kiely J M, Stroebel C F. Erythrocyte volume, plasma volume, and lean body mass in adult men and women.  Blood. 1969;  33 649-661
  • 59 Rohloff R, Hast B, Leisner B, Heinze H G. Bestimmung der J-131-Hippuran-Clearance im Rahmen der Kamerafunktionsszintigraphie der Nieren nach vereinfachten Modifikationen der Methode von Oberhausen.  Nucl-Med. 1974;  13 303-320
  • 60 Russell C D. A comparison of methods for GFR measurement using Tc-99m-DTPA and the gamma camera. In: Tauxe WN, Dubovsky EV (eds). Nuclear Medicine in Clinical Urology and Nephrology. Appleton Century Crofts, New York 1985; 173-189
  • 61 Russell C D, Bischoff P G, Kontzen F N, Rowell K L, Yester M V, Lloyd L K, Tauxe W N, Dubovsky E V. Measurement of glomerular filtration rate: Single injection plasma clearance method without urine collection.  J Nucl Med. 1985;  26 1243-1247
  • 62 Russell C D, Bischoff P G, Rowell K L, Kontzen F, Lloyd L K, Tauxe W N, Dubovsky E V. Quality control of Tc-99m-DTPA for measurement of glomerular filtration.  J Nucl Med. 1983;  24 722-727
  • 63 Russell C D, Dubovsky E V. Measurements of renal function with radionuclides.  J Nucl Med. 1989;  30 2053-2057
  • 64 Russell C D, Dubovsky E V, Scott J W. Simplified methods for renal clearance in children: Scaling for patient size.  J Nucl Med. 1991;  32 1821-1825
  • 65 Russell C D, Dubovsky E V. Comparison of single-injection multisample renal clearance methods with and without urine collection.  J Nucl Med. 1995;  36 603-606
  • 66 Russell C D, Dubovsky E V. Reproducibility of single-sample clearance of Tc-99m-mercaptoacetyltriglycine and I-131-orthoiodohippurate.  J Nucl Med. 1999;  40 1122-1124
  • 67 Russell C D, Taylor A, Eshima D. Estimation of technetium-99m-MAG3 plasma clearance in adults from one or two blood samples.  J Nucl Med. 1989;  30 1955-1959
  • 68 Russell C D, Taylor A T, Dubovsky E V. Measurement of renal function with technetium-99m-MAG3 in children and adults.  J Nucl Med. 1996;  37 588-593
  • 69 Sapirstein L A, Vidt D G, Mandel M J, Hanusek G. Volumes of distribution and clearances of intravenously injected creatinine in the dog.  Am J Physiol. 1955;  181 330-336
  • 70 Schlegel J U, Hamway S A. Individual renal plasma flow determination in 2 minutes.  J Urol. 1976;  116 282-285
  • 71 Scholz A, Meinig K H, Oeff K. Clearance-Bestimmungen bei konstantem Blut- und Gewebsspiegel mit strahlungsgesteuerter Infusionspumpe.  Strahlentherapie. 1967;  65 (Sonderband) 467-474
  • 72 Shore R M. Glomerular filtration rate in children: Where we have been; where we are going.  J Nucl Med. 1991;  32 1297-1300
  • 73 Summerville D A, Potter C S, Treves S T. The use of radiopharmaceuticals in the measurement of glomerular filtration rate: A review. In: Freeman LM (ed). Nuclear Medicine Annual. Raven Press, New York 1990; 191-221
  • 74 Tauxe W N. Determination of glomerular filtration rate by single-plasma sampling technique following injection of radioiodinated diatrizoate.  J Nucl Med. 1986;  27 45-50
  • 75 Tauxe W N, Bagchi A, Tepe P G, Krishnaiah P R. Single-sample method for the estimation of glomerular filtration rate in children.  J Nucl Med. 1987;  28 366-371
  • 76 Tauxe W N, Dubovsky E V, Kidd T E. Comparison of measurement of effective renal plasma flow by single sample and plasma disappearance slope/volume methods.  Eur J Nucl Med. 1984;  9 443-445
  • 77 Tauxe W N, Dubovsky E V, Kidd T, Diaz F, Smith L R. New formulas for the calculation of effective renal plasma flow.  Eur J Nucl Med. 1982;  7 51-54
  • 78 Tauxe W N, Hagge W, Stickler G B. Estimation of effective renal plasma flow in children by use of a single plasma sample after injection of orthoiodohippurate. In: IAEA (ed). Dynamic Studies with Radioisotopes in Medicine (Vol I). International Atomic Energy Agency, Vienna 1975; 264 -275
  • 79 Tauxe W N, Maher F T, Taylor W F. Effective renal plasma flow: Estimation from theoretical volumes of distribution of intravenously injected 131I-orthoiodohippurate.  Mayo Clin Proc. 1971;  46 524-531
  • 80 Taylor A, Corrigan P L, Galt J, Garcia E V, Folks R, Jones M, Manatunga A, Eshima D. Measuring technetium-99m-MAG3 clearance with an improved camera-based method.  J Nucl Med. 1995;  36 1689-1695
  • 81 Taylor A, Eshima D, Fritzberg A R, Christian P E, Kasina S. Comparison of iodine-131 OIH and technetium-99m MAG3 renal imaging in volunteers.  J Nucl Med. 1986;  27 795-803
  • 82 Taylor A, Lewis C, Giacometti A, Hall E C, Barefield K P. Improved formulars for the estimation of renal depth in adults.  J Nucl Med. 1993;  34 1766-1769
  • 83 Tepe P G, Tauxe W N, Bagchi A, Rezende P, Krishnaiah P R. Comparison of measurement of glomerular filtration rate by single sample, plasma disappearance slope/intercept and other methods.  Eur J Med. 1987;  13 28-31
  • 84 Tondeur M, Kinthaert J, Piepsz A, Ham H R. Overall accuracy of technetium-99m-MAG3 clearance measurements obtained with a gamma camera heart curve.  J Nucl Med. 1996;  37 1281-1284
  • 85 Tønnesen K H, Munck O, Hald T, Mogensen P, Wolf H. Influence on the radiorenogram of variation in skin to kidney distance and the clinical importance hereof. In: zum Winkel K, Blaufox MD, Funck-Brentano J-L (eds). Radionuclides in Nephrology. Georg Thieme, Stuttgart 1975; 79-86
  • 86 Watson W S. A simple method of estimating glomerular filtration rate.  Eur J Nucl Med. 1992;  19 827
  • 87 Wenting G J, Tan-Tjiong H L, Derkx F HM, de Bruyn J HB, Man in't Veld A J, Schalekamp M ADH. Split renal function after captopril in unilateral renal artery stenosis.  Br Med J. 1984;  288 886-890
  • 88 White A J, Strydom W J. Normalisation of glomerular filtration rate measurements.  Eur J Med. 1991;  18 385-390
  • 89 Russell C D. A Bayesian 3-compartment model for 99mTc-MAG3 clearance.  J Nucl Med. 2003;  44 1357-1361

1 Bezugsquelle von PC-Programmen zur Clearenceberechnung nach dieser Methode siehe unter „Hinweise” am Ende dieses Artikels.

Prof. Dr. B Bubeck

Klinik für Nuklearmedizin

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