Ultrasound and CorrelativeImaging of Renal TransplantsMarch, 2012

Mindy M. Horrow, MD, FACR, FSRU, FAIUM

Director of Body Imaging

Einstein Medical Center, Philadelphia, PA

Professor of Radiology

Thomas Jefferson University

Outline

•Introduction

•Normal gray scale and Doppler evaluation

•Collections

•Infections

•Vascular Complications: Renal Artery, RenalVein, AVF, PSA

•Other: tumors, calcifications, hernias,miscellaneous

•Pitfalls and Bonus Cases

Clinical Perspective

•Most effective primary treatment of CRF

•Anticipated graft survival of 90 – 95%

–New generation immunosuppressives (cyclosporin,tacrolilmus) reduce T-cell activation, improving graftsurvival by almost eliminating acute rejection

•Demand for renal transplants greater thansupply

–Extended donor supply with older kidneys, multiplerenal arteries, etc.

★ Greater imaging challenges ★

Cosgrove D, Chan K. USQ 2008;24:77-87

Surgical Technique

•Vascular supply from end-to-sideanastomosis of donor artery and vein toexternal iliac artery and vein.  If multiplearteries, usually joined with singleanastomosis to EIA

•Ureter anastomosed to superolateral wall ofurinary bladder

•En bloc transplant of a set or pediatrickidneys with caudal ends of IVC and Aortaanastomosed end-to-side to recipient's EIAand EIV, or with separate anastomoses

•Usually extraperitoneal, right side preferred

Grey Scale Evaluation

•Usually parallel to incision with hiluminferiorly and posteriorly

•Obtain longitudinal and transversemeasurements.  Usually hypertrophies~ 15% in first 2 weeks and mayincrease by 40% in first 6 months.

Absy. Br J Radiol 1987;60:525

Grey Scale Evaluation

•Because kidney is more superficial,pyramids are more easily visualized,accentuating the cortico-medullarydifferentiation.

•Evaluate for any intrinsic pathology:calculi, tumors, etc.

•Collections, hydronephrosis, urothelialthickening

Doppler Evaluation

•Screen and image with color/power Doppler,looking for focal and/or diffusehypoperfusion.

•Obtain spectral traces of arcuate orinterlobar arteries in upper, mid and lowerpoles with appropriate factors.

•Image and obtain spectral Doppler of mainrenal artery and vein and external iliac arteryand vein with attention to anastomoses

Normal color andspectral Doppler

Normal power Doppler of en bloc pediatrickidney transplants

Normal Doppler Findings

•Arteries- brisk upstroke, low resistance withnormal resistive index of 0.6 to 0.8.

–Resistive Index= (Peak systole – End Diastole) / Peak Systole

•Normal velocity main renal artery < 200cm/sec, RA/EIA velocity ration < 2

•Veins- may be monophasic with continuousflow or demonstrate some pulsatility withcardiac cycle.

Hydronephrosis

•Obstruction is rare,though will usually beat UV junction fromstricture or intra-luminal lesion.

•Mild dilatation may be2º increased urinevolume of sole kidney,decreased ureterictone, U-V reflux

Lymphocele

Lymphocele with some pressure effect on kidney

Day One after transplant

Superficial hematoma notappreciated on US

Inferior to kidney

Hydronephrosis secondary to stenoticureter with associated urinoma

Intraperitoneal Transplant

Hemoperitoneum

Gas containing peri-renal abscess

Initial imaging

Imaging 1 day post biopsy

Subcapsular hematoma causingelevated resistive index

Fluid Collections

•Post- operative hematomas- appearancedepends upon chronicity.

•Urine leaks or urinomas-  due to anastomoticleaks or ureteric ischemia.  Appear well defined,anechoic with occasional hydronephrosis.  Mayuse radionuclide imaging to confirm nature ofcollection

•Lymphoceles- occur 4 – 8 weeks after surgeryin 15%.  May obstruct ureter or veins.  Appearwell defined and either anechoic or with fineseptations.

Brown. Radiographics 2000;20:607

Park, etal. JUM 2007;26:615-633

Parenchymal Pathology

•Acute Tubular Necrosis

•Rejection

•Drug Nephrotoxicity

Acute Tubular Necrosis

•Occurs to some extent in all cadaverictransplants

•Most common cause of delayed graft function(need for dialysis in 2 weeks post transplant)

•Non-specific imaging features: normal orchanges in echogenicity, qualitativelydecreased color flow, RI may be normal orincreased.

Acute Tubular Necrosis, 6 days aftertransplant

Rejection

•Hyperacute- rarely imaged since itoccurs during surgery

•Acute- occurs in up to 40% in first fewweeks and is a poor long termprognostic indicator.

•Similar US and radionuclide findings

•US findings non-specific

Increased size and urothelial thickening:Acute on Chronic Rejection

Patient on dialysis, anti-rejectionmedications withheld

Severely enlarged, painful kidneywith marked urothelial thickening,required nephrectomy

(has potential for rupture)

9-07

11-07

Baseline imaging                Repeat because of rising creatinine

11-07

9-07

Acute Rejection: reversed diastolic flow,urothelial thickening, marked enlargement

Chronic Rejection

•Most common cause of late graft loss.

•Progressive loss of renal functionbeginning 3 months after transplant.Patients with acute rejection arepredisposed.

•US- Cortical thinning, mildhydronephrosis, prominent sinus fat,dystrophic calcifications, decreasedcolor, normal or increased RI.

Chronic Rejection

Chronic Rejection:progressive nephrocalcinosis

Infections

•Pyelonephritis

•Pyonephrosis

•Abscess

5 years after transplant with vomiting,dehydration and elevated creatinine

Pyelonephritis

Swelling over region of one week oldtransplant with elevated creatinine

Emphysematous Pyelonephritis

Pyonephrosis

Patient with fever,imaging with 5-2MHz transducer

Imaging with 7-4 MHztransducer

MultipleAbscesses

June

July

T2 with gadolinium

Renal Abscess drained percutaneously

Vascular Complications

•Renal Artery: thrombosis, stenosis, kink,pseudoaneurysm, arteriovenous fistula

•Renal Vein: thrombosis, stenosis

•Infarct

•“Steal phenomenon”

Immediatepost operativeUS

Renal Artery Thrombosis

Renal Artery Thrombosis

•Occurs in < 1% typically within first month.

•Most common cause is acute rejection withretrograde thrombosis of small to largearteries.

•Other causes: pediatric kidneys, emboli,acquired stenosis, hypotension, vascularkink, hypercoagulable state, pooranastomosis, trauma

•US: Absent arterial and venous flow inkidney and main renal artery.

Parvus-tardus waveforms in arcuate arteries

Renal Artery Stenosis

•Most common vascular complication in up to10% in first year.

•Three possible sites:

–Donor portion, typically at end-to-sideanastomosis

–Recipient portion- more uncommon, fromintraoperative clamp or intrinsic atherosclerosis

–At anastomosis- more frequent in end-to-endanastomoses

US Findings of RAS

•Parvus-tardus flow in intra-parenchymalvessels

•Use color Doppler to locate stenosis.  Peaksystolic velocities > 200 cm/sec withturbulent flow.

•False positive diagnoses may occur withabrupt turn in the main renal artery.

•With chronic rejection, segmental renalartery stenoses may occur

Dodd. AJR 1991;128:1581

Early venous opacification impliesArteriovenous Fistula

Angioplasty of stenosis reveals AVF

Embolization of AVF with coils

Residual renal artery stenosis

Residual stenosis,coils and small infarct

Day One afterRenal TX

Day Two

Renal Artery Kink

S/P revision of renal artery

Immediately after biopsy

2 days later

Pseudoaneurysm

Successful coil embolization

Arteriovenous fistula andPseudoaneurysm

AVF and PSA

•Both are typically the result of trauma duringpercutaneous biopsy.

•AVF- color shows focal area of mixed colorsoccasionally with feeding vessels.  AVMproduces vibrations which result in colorassigned to the perivascular tissues.

•PSA- may appear as a simple cyst on greyscale imaging but with typical swirling arterialflow on Doppler

A-V Fistula

Bacteremia

Mycotic Aneurysms require stentthrombosis and sacrifice of kidney

Renal Infarct

Acute Renal Vein Thrombosis

 CFV w/o               CFV w

    Initial image           #1 thrombolysis       #2 thrombolysis

Renal vein thrombosis 2º stenosisof external iliac vein

Immediate post-op imaging of en-blocpediatric kidneys

Medial kidney with renalvein thrombosis

12 hours later

Lateral kidney withrenal vein thrombosis

Venous Thrombosis

•Occurs in up to 4% transplants

•Sx: acute pain 2° swelling of kidney, oliguria infirst week

•Causes: surgical difficulties, hypovolemia,femoral/iliac vein thrombosis, compression bycollections

•US- absent venous flow, reversal of diastolic flowin artery.  Kidney may be enlarged, hypoechoic.

;295

Kaveggia.AJR 1990;155:295

Reuther.Radiology 1989;170:557

Renal Vein Stenosis

•Grey Scale- normal or hypoechoic

•Color Doppler- aliasing at stenotic site

•Spectral Doppler- 3 to 4 times increasein velocity across the region indicates ahemodynamically significant stenosis.

9-18

11-15

11-30

11-30

Other images

Reversed Diastolic Flow

•Though commonly ascribed to renal vein thrombosis,actually a non-specific finding

•Acute:  TX < 24 hours, graft survival likely withintervention.  Causes include renal vein thrombosis,hematoma, vascular kink.  Since kidney lacks venouscollateral drainage, infarction occurs rapidly requiringimmediate surgery

•In more longstanding transplants causes include: ATNand rejection.  These kidneys faired very poorly withhigh rate of allograft loss.

Lockhart. AJR 2008;190:650-655

Patient with AV graft inipsilateral thigh, immediatecolor Doppler post surgery

Color Doppler duringcompression of graft

“Steal” Phenomenon

Chaudri, Horrow JUM 2006;25:939

Other

•Calcifications: calculi, medullaryand cortical nephrocalcinosis

•Tumors

•Hernia

•Miscellaneous

15 years posttransplant

Medullary nephrocalcinosisand nephrolithiasis

Early medullary nephrocalcinosis

Biopsy proven renal cell carcinoma

Leiomyosarcoma of failed renal transplantwith cortical nephrocalcinosis

Images of left sided kidney

 from double renal

 transplant

Non-contrast CT confirms left renal calculus

Also demonstrates herniation at incision

Color Doppler Twinkling Artifact

•Described in 1996 by Rahmouni as an artifact ofalternating red and blue behind certainstationary objects.Spectral Doppler of artifact generates aheterogeneous broadband signal that appears toalias.Mainly associated with nephrolithiasisSpeculation that it is generated by roughsurfaces with multiple reflectors splitting beaminto components

Rahmouni, etal Radiology 1996;199:269

5-16

8-31

Hypercalcemic secondary to hyperparathyroidismwith early calculus formation requiringparathyroidectomy and medical therapy

Calcification of urothelium

Pain over transplant

Acute appendicitis

Incisional hernia containing bowel and fluid

PITFALLSCASES

Is the resistive index measured correctly?

No- mirror image venous flow ismeasured as diastolic flow

Initial Bedside study

        MRA                                           MRV

EIA                                                     EIV

Follow Up Study

Pulsatile venous flow due to fluid overload,improves with medical therapy

Day 1

Day 2

Pain over transplant

Patient receives 2 pediatric transplants

5-2007

10-2007

Is this renal artery stenosis?

Normal arcuate waveforms- no parvus tardus flow

High RA velocities due to high flowrate through small vessel

BONUS CASES

Early post operative imagingin renal transplant with tworenal arteries

Iliac artery stenosis, proximal totransplant

Re-imaging post stent placement

Re-imaging 2 months later with elevated creatinine

U

M

 L

Lower pole Doppler

Upper pole Doppler

Interlobar

arteries

Mainarteries

Stenosis of upper pole renal artery

Origin upper pole artery

Few days later

Initial post operative study

Torsion Renal Transplant

Initial study

Pre CT                                          Post CT

US after detorsion

The End