NEFROUROLOGIA NUCLEARE

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FERRARA Corso di Studio in Tecniche di Radiologia Medica, per Immagini e Radioterapia Corso Integrato di Scienze Tecniche della Medicina Nucleare (A.A ) TECNICHE DI IMAGING IN MEDICINA NUCLEARE: NEFROUROLOGIA NUCLEARE Corrado Cittanti Sezione di Diagnostica per Immagini Università degli Studi di Ferrara

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4 FISIOLOGIA RENALE La funzione renale comprende processi escretori, regolatori ed endocrini. La fisiologia della funzione escretoria renale è piuttosto complessa in quanto consiste in una varietà di processi che interagiscono a differenti livelli del nefrone: circolo ematico, ultrafiltrazione, riassorbimento e secrezione tubulare, escrezione urinaria.

5 CIRCOLAZIONE RENALE Il rene è in grado di mantenere costante il proprio flusso plasmatico indipendentemente dalle variazioni della pressione arteriosa sistemica. Esiste infatti un sistema di autoregolazione a cui prendono parte diversi meccanismi, primo fra tutti il sistema renina-angiotensina. Tale sistema può essere coinvolto nello sviluppo dell ipertensione nefro-vascolare e diversi radiofarmaci sono stati utilizzati, in combinazione con ace-inibitori, per la diagnosi di tale patologia.

6 ULTRAFILTRAZIONE E legata alle differenze di pressione tra capillari glomerulari e capsula di Bowman. La grandezza dei pori e la carica elettrica della membrana basale dei capillari glomerulari influenza le caratteristiche di carica e grandezza molecolare dei soluti e composti che vengono filtrati. L inulina ed il DTPA sono liberamente filtrati; il PAI (acido para-amino-ippurico), il MAG3 ed il DMSA hanno differenti gradi di legame alle proteine plasmatiche e quindi diversi gradi di filtrazione.

7 RIASSORBIMENTO TUBULARE Il riassorbimento tubulare può essere attivo o può essere costituito da un processo di retrodiffusione passiva di diversi soluti, composti ed acqua. Alcuni dei radionuclidi utilizzati in clinica sono sicuramente riassorbiti, ma l esatta quantità e localizzazione di tale processo non è sempre facilmente determinabile. Nella pratica clinica non esistono radionuclidi specifici per la misura del riassorbimento tubulare.

8 SECREZIONE TUBULARE La secrezione tubulare può essere attiva o può essere costituita da un processo di diffusione passiva di diversi soluti, composti ed acqua. Radiofarmaci come 123 I-hippuran e 99m Tc- MAG3 sono utilizzati per studiare la secrezione tubulare che può avvenire a differenti livelli del nefrone.

9 ESCREZIONE RENALE Come noto l ultrafiltrato si sposta dal glomerulo attraverso le diverse parti del nefrone. Normalmente più del 90% dell acqua è riassorbita. L urina finale è poi trasportata attraverso il dotto di Bellini nei calici e, successivamente, trasportata alla vescica dalla contrazione peristaltica attiva delle pelvi e degli ureteri.

10 PRINCIPALI CATEGORIE DI RADIOFARMACI Traccianti per la misura del filtrato glomerulare Traccianti per la misura del flusso plasmatico Traccianti per lo studio della massa funzionale

11 Unità funzionale Tecniche di Imaging in Medicina Nucleare

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13 FRAZIONE DI ESTRAZIONE E CLEARANCE La frazione di estrazione è la percentuale di una sostanza presente nel sangue che viene estratta dal rene durante un singolo passaggio: FE = (A V ) A La clearance di una sostanza è definita come la quantità di plasma che viene depurata dai reni nell unità di tempo: Clearance = (U *V ) P dove U=concentrazione urinaria per ml, V=ml di urina escreti in un minuto, P=concentrazione plasmatica per ml.

14 TRACCIANTI PER LA MISURA DEL FILTRATO GLOMERULARE (GFR)

15 CARATTERISTICHE IDEALI DI UN RADIOFARMACO PER IL CALCOLO DEL TASSO DI FILTRAZIONE GLOMERULARE Liberamente ultrafiltrabile attraverso la membrana dei capillari glomerulari, non legato alle proteine o frazionato nei processi di filtrazione. Biologicamente inerte (non riassorbito, secreto o metabolizzato dal rene). Nessun effetto sulla funzione renale quando iniettato. Quantificabile nel plasma e nelle urine con sufficiente precisione.

16 TASSO DI FILTRAZIONE GLOMERULARE (GFR) Alcune sostanze sono solo escrete per filtrazione glomerulare e possono perciò essere usate per la misura del GFR (Glomerular Filtration Rate). L inulina (polisaccaride vegetale polimero del fruttofuranosio) e il polifruttosano soddisfano i requisiti e sono considerati, a tutt oggi, il gold-standard per la misura del GFR. Il principale radiofarmaco impiegato per lo studio del GFR è attualmente rappresentato dal 99m Tc-DTPA (Acido Dietilen-Triamino-Penta-acetico).

17 99m Tc-DTPA Il DTPA è un agente chelante, con doppia carica negativa, che soddisfa molti dei requisiti richiesti per la misura della GFR. Viene, infatti, eliminato dal rene in modo analogo all inulina, diffondendo liberamente nell ultrafiltrato senza essere ne riassorbito ne secreto dai tubuli. Un limite al suo utilizzo è rappresentato dal fatto che, essendo in parte legato alle proteine plasmatiche, tende a sottostimare il GFR (che nel soggetto normale è di circa ml/min); una stima accurata è possibile solo se si conosce il grado di legame proteico (variabile da soggetto a soggetto) e si operano le opportune correzioni.

18 TRACCIANTI PER LA MISURA DEL FLUSSO PLASMATICO RENALE (RPF)

19 CARATTERISTICHE IDEALI DI UN RADIOFARMACO PER IL CALCOLO DEL FLUSSO PLASMATICO RENALE Trascurabile legame alle proteine plasmatiche durante il transito renale. Alta e ben conosciuta frazione d estrazione renale. Assenza di metabolizzazione renale. Agevole rilevabilità nel plasma e nelle urine.

20 ANIONI ORGANICI Diversi studi in vitro hanno dimostratro come anioni organici quali il PAH, l OIH (Hippuran) ed il MAG3 siano attivamente trasportati nel tubulo prossimale. Il trasporto trans-tubulare sembra mediato da una pompa baso-laterale e luminale, in scambio con un anione non ancora identificato. I processi di attiva secrezione comportano, inoltre, una concentrazione crescente lungo il nefrone. Esistono diversi inibitori competitivi e non competitivi che bloccano la secrezione (ad esempio il probenecid).

21 FLUSSO PLASMATICO RENALE (RPF) Quale è il suo valore approssimativo nel soggetto sano? La portata cardiaca è di circa 5000 ml/min. Attraverso il rene passa circa un quarto della portata cardiaca, quindi: 5000 / 4 = 1250 ml/min. Il plasma (che è la quota di sangue che contiene i radiofarmaci) rappresenta circa il 55-60% del volume ematico (vedi ematocrito del soggetto in esame). Pertanto il flusso plasmatico renale nel soggetto sano sarà circa il 55% della portata cardiaca che passa per i reni e quindi: (1250 / 100) * 55 = 688 ml/min.

22 FLUSSO PLASMATICO RENALE (RPF) L acido para-amino-ippurico (PAH) viene escreto dal rene così efficacemente che la sua concentrazione residua nel sangue venoso è molto bassa. Questa alta frazione d estrazione (FE) lo rende adatto alla misura dell RPF (Renal Plasma Flow), che può essere misurato dalla clearance della sostanza con la formula: RPF = U V ( )/ P FE dove U=concentrazione urinaria per ml, V=ml di urina escreti in un minuto, P=concentrazione plasmatica per ml, FE=frazione di estrazione pari a circa il 90% (ovvero 0.9).

23 Per quanto ideale, l Hippuran viene marcato con 123 I che è molto costoso e poco disponibile!

24 99m Tc-MAG3 (I) La mercapto-acetil-triglicina (MAG3) è anch essa un anione organico, dotato di elevata purezza radiochimica. Consente un accurata valutazione della funzione tubulare in quanto prevalentemente secreta, come PAH ed OIH, a livello dell ultima parte del tubulo contorto prossimale. La quantità di radiofarmaco ultrafiltrato è assai modesta (meno del 10%) a causa dell elevata quota legata alle proteine circolanti. Il tempo di transito è di circa 3-4 minuti ed è stato dimostrato un uptake epatico con eliminazione anche attraverso le vie biliari.

25 99m Tc-MAG3 (II) In quanto anione organico (competitivamente inibito dal Probenecid) il meccanismo di trasporto intracellulare tubulare si considera essere analogo a quello del PAH. La quota di MAG3 secreta è, comunque, inferiore rispetto a quella del PAH e dell OIH a causa sia del suo stretto legame alle proteine plasmatiche che ad alcune differenze nella struttura molecolare.

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27 Scin%grafia Renale Dinamica Basale Fasi procedura Personale Sede Operazioni Ingresso Am Attesa fredda Accoglienza ed accettazione. Pre-acquisizione TSRM Servizi igienici Si invita il Pz. ad urinare. Anamnesi M Diagnostica gamma-camera Posizionamento TSRM, M Diagnostica gamma-camera Iniezione M, IP Diagnostica gamma-camera Acquisizione TSRM, M Diagnostica gamma-camera Valutazione, raccolta dati clinici, verifica dei criteri d accesso all indagine e firma del consenso informato. Posizionare il Pz. supino comprendendo i reni e la vescica. Somministrazione e.v. di 99m Tc-MAG3 alla dose di MBq (3-4 mci). Eseguire l acquisizione dinamica segmentaria dei reni in proiezione posteriore secondo il protocollo RENALE MAG3 20. NB: su indicazione del medico può essere necessario acquisire, al termine dello studio dinamico, un immagine statica postminzionale. Allontanamento TSRM, OSS, M, IP Zona controllata Elaborazione M Consolle di elaborazione Elaborazione secondo i rispettivi protocolli e stampa dei risultati.

28 Scin%grafia Renale Dinamica con S%molo Diure%co Fasi procedura Personale Sede Operazioni Ingresso Am Attesa fredda Accoglienza ed accettazione. Pre-acquisizione TSRM Servizi igienici Si invita il Pz. ad urinare. Anamnesi M Diagnostica gamma-camera Posizionamento TSRM, M Diagnostica gamma-camera Iniezione M, IP Diagnostica gamma-camera Acquisizione TSRM, M Diagnostica gamma-camera Allontanamento TSRM, OSS, M, IP Zona controllata Valutazione, raccolta dati clinici, verifica dei criteri d accesso all indagine e firma del consenso informato. Posizionare il Pz. supino comprendendo i reni e la vescica. Somministrazione e.v. di 99m Tc-MAG3 alla dose di MBq (3-4 mci) per gli adulti o, se paziente pediatrico, secondo le indicazioni della Dosage Card prodotta dalla EANM (vedi Allegato 2). Eseguire l acquisizione dinamica segmentaria dei reni in proiezione posteriore secondo il protocollo RENALE MAG3 30 o RENALE MAG3 BIMBI. Al 10 minuto somministrazione e.v. di furosemide alla dose di 1mg/ kg fino ad un massimo di 20mg. NB: su indicazione del medico può essere necessario acquisire, al termine dello studio dinamico, un immagine statica postminzionale. Elaborazione M Consolle di elaborazione Elaborazione secondo i rispettivi protocolli e stampa dei risultati.

29 Scin%grafia Renale Dinamica Criteri d accesso del Paziente all indagine Controindicazioni Preparazione Interferenze farmacologiche Per le donne in età fertile è consigliabile non procedere in caso di sospetta gravidanza e di allattamento in corso. E' necessario che il paziente sia idratato adeguatamente in modo da garantire un flusso urinario sufficiente (per via orale, 500 cc di acqua nella mezz ora prima dell esame o per via venosa). Nell'età pediatrica è preferibile una idratazione parenterale (10-15 ml/kg) nella mezz'ora prima dell'esame e può essere necessaria, a discrezione del Medico Pediatra, una blanda sedazione. E' generalmente preferibile eseguire l'esame a digiuno; una colazione o un pasto leggero sono comunque ammessi. Se le condizioni cliniche lo consentono, è utile eseguire l indagine in wash-out dai seguenti farmaci: vasodilatatori (la mattina dell'esame) vasocostrittori (la mattina dell'esame) ACE inibitori (secondo le caratteristiche specifiche di emivita) diuretici (secondo le caratteristiche specifiche di emivita) Sono ammessi clonidina e calcioantagonisti (questi ultimi vanno tuttavia interrotti per almeno 4-5 giorni nei Pz. che si sottopongono all indagine con Captopril). E' preferibile non effettuare l esame prima di una settimana da precedenti indagini contrastografiche che possono interferire sui dati funzionali. Effetti collaterali Quelli dei tests provocativi impiegati.

30 Scin%grafia Renale Dinamica Protocolli Parametri di acquisizione Elaborazione dello studio RENALE MAG3 20 Eseguire il workflow RENALE MAG3 20 Detettore 2 (in posteriore) Collimatori per basse energie a fori paralleli Matrice: 64 x 64 (per dinamica) e 256 x 256 (per statica) Zoom: Acquisizione dinamica della regione lombare Fase 1: 60 frames da 1 secondo Fase 2: 30 frames da 10 secondi Fase 3: 28 frames da 30 secondi Acquisizione statica post-minzionale 1 frame in posteriore comprendente reni e vescica della durata di 3 minuti Eseguire e seguire le istruzioni del workflow di elaborazione (FE) MAG3 Renale. RENALE MAG3 BIMBI Eseguire il workflow RENALE MAG3 BIMBI Detettore 2 (in posteriore) Collimatori per basse energie a fori paralleli Matrice: 64 x 64 (per dinamica) e 256 x 256 (per statica) Zoom: 2.67 (ma adattabile alle dimensioni ed al peso del piccolo Pz) - Acquisizione dinamica della regione lombare Fase 1: 60 frames da 1 secondo Fase 2: 30 frames da 10 secondi Fase 3: 48 frames da 30 secondi Acquisizione statica post-minzionale 1 frame in posteriore comprendente reni e vescica della durata di 3 minuti Eseguire e seguire le istruzioni del workflow di elaborazione (FE) MAG3 Renale.

31 ELABORAZIONE STUDIO DINAMICO Vengono disegnate ROI su reni e fondo (eventualmente su aorta, calici, bacinetti, ureteri, vescica, ecc ): Il computer misura la variazioni dell attività all interno delle aree selezionate e disegna le CURVE ATTIVITÀ TEMPO o curve renografiche : 1. Picco vascolare: è un picco stretto e aguzzo dovuto al primo passaggio del bolo radioattivo. 2. Secondo picco più largo: estrazione della radioattività da parte del rene -> espressione di FUNZIONALITÀ. 3. Tratto in discesa: rispecchia il deflusso dell urina.

32 Tecniche di Imaging in Medicina Nucleare SCINTIGRAFIA RENALE SEQUENZIALE CON (reperto normale) 99mTc-MAG3

33 Tecniche di Imaging in Medicina Nucleare SCINTIGRAFIA RENALE SEQUENZIALE CON 99mTc-MAG3 (esclusione funzionale rene sinistro)

34 PRINCIPALI INDICAZIONI Calcolo della funzionalità renale relativa Valutazione dell uropatia ostruttiva (test con diuretico) ú ú Dilatazione / Ostruzione delle vie escretrici Follow-up (in conservativa o post-intervento) Calcolo del GFR o RPF separati Diagnosi differenziale dell ipertensione nefrovascolare (test con ACE-inibitore - Captopril) Trapianto renale ú ú Studio funzionale e follow up del trapianto Studio funzionale bilaterale del donatore vivente Follow up post-rivascolarizzazione renale Follow up in terapie nefrotossiche

35 TRACCIANTI PER LO STUDIO DELLA MASSA RENALE FUNZIONALE

36 STIMA DELLA MASSA RENALE FUNZIONALE Si impiegano radiofarmaci quali il 99m Tc-DMSA che vengono eliminati mediante una complessa interazione tra filtrazione glomerulare, uptake peritubulare ed, eventualmente, secrezione tubulare. Questo processo è chiamato, nel suo complesso, fissazione tubulare. Tali composti sono utili per valutare la massa renale funzionante essendo strettamente correlati sia al GFR che al RPF e possono perciò fornire una misura della funzione renale relativa e separata. Poiché la loro escrezione è molto lenta, forniscono immagini statiche tardive di alta qualità della corteccia renale.

37 99m Tc-DMSA (I) L Acido Di-Mercapto-Succinico (DMSA) è un agente chelante che fornisce un elevata qualità di imaging della corteccia renale ed un ottima stima della massa renale funzionante. Ne esistono 4 forme chimiche differenti; la forma usata per l imaging renale è la meso (liposolubile). Circa il 60% del radiofarmaco iniettato si accumula nella corteccia renale con ritenzione prolungata mentre il 10-15% è escreto. Misure di clearance hanno dimostrato che la filtrazione glomerulare partecipa per il 35% e la captazione tubulare per il 65% alla fissazione globale del tracciante.

38 99m Tc-DMSA (II) Due - tre ore dopo la sua somministrazione il 99m Tc- DMSA è localizzato quasi totalmente nella corteccia renale e, precisamente, nel citoplasma delle cellule del tubulo contorto prossimale. Il suo meccanismo di fissazione non è del tutto chiarito: il suo intrappolamento nella corteccia renale pare, tuttavia, essere legato al passaggio diretto dai capillari peritubulari.

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40 Scin%grafia Renale Morfofunzionale Fasi procedura Personale Sede Operazioni Ingresso Am Attesa fredda / Ambulatorio Pediatrico Anamnesi M Sala iniezioni / Ambulatorio Pediatrico Iniezione M, IP Sala iniezioni / Ambulatorio Pediatrico Accoglienza ed accettazione. Valutazione, raccolta dati clinici, verifica dei criteri d accesso all indagine e firma del consenso informato. Somministrazione e.v. di 99m Tc-DMSA alla dose di MBq (2-3 mci) per gli adulti o, se paziente pediatrico, secondo le indicazioni della Dosage Card prodotta dalla EANM (vedi Allegato 2). Pre-acquisizione TSRM Attesa Calda Attesa di almeno 3 ore. NB: per i Pz. pediatrici è preferibile l attesa nel reparto di provenienza, con pasto e/o eventuale blanda sedazione. Posizionamento TSRM, M Diagnostica gammacamera Acquisizione TSRM, M Diagnostica gammacamera Posizionare il Pz. supino comprendendo i reni. Eseguire le acquisizioni statiche segmentarie secondo il protocollo RENALE DMSA. Allontanamento TSRM, OSS, M, IP Zona controllata Elaborazione TSRM, M Consolle di elaborazione Elaborazione secondo i rispettivi protocolli e stampa dei risultati.

41 DOSAGE CARD EANM (European Association of Nuclear Medicine)

42 Scin%grafia Renale Morfofunzionale Criteri d accesso del Paziente all indagine Controindicazioni Preparazione Interferenze farmacologiche EffeE collaterali Per le donne in età fer4le è consigliabile non procedere in caso di sospe8a gravidanza e di alla8amento in corso. Per i Pazien4 in età pediatrica può essere necessaria una blanda sedazione (preven4vamente eseguita dallo specialista pediatra). Nessuna. Nessuno.

43 Scin%grafia Renale Morfofunzionale Protocolli Parametri di acquisizione Elaborazione dello studio RENALE DMSA Eseguire il workflow RENALE DMSA. Detettori: 1 e 2 con geometria a 180 Collimatori per basse energie a fori paralleli Matrice: 256 x 256 Zoom: variabile da 2.0 (Pz. adulti) a 2.67 (Pz. pediatrici) Acquisizione di 6 immagini statiche dei reni nelle proiezioni: - Anteriore e Posteriore - Obliqua-Anteriore Destra e Obliqua-Posteriore Sinistra - Obliqua-Posteriore Destra e Obliqua-Anteriore Sinistra Stop al raggiungimento di 300 secondi per ogni immagine statica. Eseguire e seguire le istruzioni del workflow di elaborazione (FE) DMSA Renale

44 SCINTIGRAFIA RENALE MORFO-FUNZIONALE CON 99m Tc-DMSA (reperto normale)

45 SCINTIGRAFIA RENALE MORFO-FUNZIONALE CON 99m Tc-DMSA (infezione con scar a carico del rene destro)

46 PRINCIPALI INDICAZIONI Calcolo della funzionalità renale relativa Follow up in terapie nefrotossiche Studio morfo-funzionale delle malformazioni Valutazione di possibile infarto renale Valutazione di pazienti con trauma renale Trapianto renale ú Studio funzionale e follow up del trapianto ú Studio funzionale bilaterale del donatore vivente

47 LA CISTOSCINTIGRAFIA MINZIONALE

48 IL REFLUSSO VESCICO-URETERALE (RVU) Il reflusso vescico-ureterale (RVU), cioè la risalita di urina dalla vescica all'uretere causata dal cattivo funzionamento valvolare a livello della papilla ureterale, è l'uropatia riscontrata più di frequente nell'infanzia. Le femmine sono più facilmente soggette a RVU, con un rapporto di di circa 4/1 nei confronti dei maschi. Nella maggior parte dei casi esso va incontro a risoluzione spontanea con la crescita, ma poichè l'urina vescicale non è sterile può provocare pielonefriti recidivanti che possono essere causa di ipertensione o insufficienza renale.

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50 Cistoscin%grafia minzionale Fasi procedura Personale Sede Operazioni Ingresso Am Attesa fredda Accoglienza ed accettazione. Pre-acquisizione TSRM Servizi igienici Si invita il Pz. ad urinare. Anamnesi M Diagnostica gamma-camera Posizionamento TSRM, M Diagnostica gamma-camera Somministrazione M, IP Diagnostica gamma-camera Valutazione, raccolta dati clinici, verifica dei criteri d accesso all indagine e firma del consenso informato. Posizionare il Pz. supino comprendendo i reni e la vescica. Somministrazione per via trans-vescicale di 99m Tc-nanocolloidi alla dose di MBq (3-4 mci) per gli adulti o, se paziente pediatrico, secondo le indicazioni della Dosage Card prodotta dalla EANM (vedi Allegato 2). Acquisizione TSRM, M Diagnostica gamma-camera Allontanamento TSRM, OSS, M, IP Zona controllata Elaborazione TSRM, M Consolle di elaborazione Eseguire l acquisizione dinamica segmentaria della vescica e dei reni in proiezione posteriore secondo il protocollo Cistoscintigrafia. NB: su indicazione del medico può essere necessario acquisire, al termine dello studio dinamico, un immagine statica postminzionale. Elaborazione secondo i rispettivi protocolli e stampa dei risultati.

51 Cistoscin%grafia minzionale Criteri d accesso del Paziente all indagine Controindicazioni Preparazione Interferenze farmacologiche Effetti collaterali Per le donne in età fertile è consigliabile non procedere in caso di sospetta gravidanza e di allattamento in corso. Nel paziente pediatrico è necessario procedere alla cateterizzazione prima di effettuare l indagine. Nessuna. Nessuno.

52 Cistoscin%grafia minzionale Protocolli Parametri di acquisizione Elaborazione dello studio Cistoscintigrafia Eseguire il workflow Cistoscintigrafia Detettore 2 (in posteriore) Collimatori per basse energie a fori paralleli Matrice: 128 x 128 Zoom: Acquisizione dinamica addomino-pelvica di riempimento Fase 1: 60 frames da 10 secondi Fase 2: 60 frames da 4 secondi - Acquisizione dinamica addomino-pelvica di svuotamento 60 frames da 4 secondi Eseguire e seguire le istruzioni del workflow di elaborazione Cistoscintigrafia.

53 CISTOSCINTIGRAFIA MINZIONALE CON 99m Tc-COLLOIDI (reperto normale)

54 CISTOSCINTIGRAFIA MINZIONALE CON 99m Tc-COLLOIDI (reflusso vescico-ureterale sinistro)

55 Tecniche di Imaging in Medicina Nucleare CISTOSCINTIGRAFIA MINZIONALE CON 99mTc-COLLOIDI (reflusso vescico-ureterale bilaterale)

56 PRINCIPALI INDICAZIONI L'indagine ha come indicazione la diagnosi e la gradazione del reflusso vescico-ureterale ed il controllo dopo un'eventuale correzione chirurgica. Grazie alla bassa dose di irradiazione e all'alta sensibilità è, inoltre, la metodica ideale per controllare periodicamente l'entità del reflusso nei piccoli pazienti posti in terapia medica conservativa con profilassi antibatterica. Di solito, infatti, l'entità del reflusso si riduce progressivamente con la maturazione delle vie escretrici del bambino ed è essenziale riconoscerne la scomparsa per decidere la sospensione della terapia antibiotica profilattica.