Analysis of 18F-FDG uptake patterns in PET for diagnosis of septic and aseptic loosening after total hip arthroplasty

U. Cremerius; T. Mumme; P. Reinartz; D. Wirtz; F. U. Niethard; U. Büll

doi:10.1055/s-0038-1625733

Nuklearmedizin - NuclearMedicine, Inhaltsverzeichnis

Nuklearmedizin 2003; 42(06): 234-239
DOI: 10.1055/s-0038-1625733

Original Article

Schattauer GmbH

Analysis of ¹⁸F-FDG uptake patterns in PET for diagnosis of septic and aseptic loosening after total hip arthroplasty

Analyse des ¹⁸F-FDG Speichermusters in der PET zur Diagnostik von septischer und aseptischer Lockerung bei Totalendoprothesen des Hüftgelenks

Autoren

U. Cremerius

¹Klinik für Nuklearmedizin (Direktor: Prof. Dr. med. U. Büll)
T. Mumme

²Orthopädische Klinik (Direktor: Prof. Dr. med. F. U. Niethard), Universitätsklinikum der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule, Aachen, Deutschland
P. Reinartz

¹Klinik für Nuklearmedizin (Direktor: Prof. Dr. med. U. Büll)
D. Wirtz

²Orthopädische Klinik (Direktor: Prof. Dr. med. F. U. Niethard), Universitätsklinikum der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule, Aachen, Deutschland
F. U. Niethard

²Orthopädische Klinik (Direktor: Prof. Dr. med. F. U. Niethard), Universitätsklinikum der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule, Aachen, Deutschland
U. Büll

¹Klinik für Nuklearmedizin (Direktor: Prof. Dr. med. U. Büll)

Abstract

Summary

Aim: Identification of typical patterns for fluorodeoxyglucose (FDG) uptake in positron emission tomography (PET) to detect aseptic loosening of hip prosthesis (ace-tabular and/or femoral component) and prosthetic infection. Methods: 18 patients with painful hip prosthesis underwent PET using a dedicated full ring scanner after application of 200-300 MBq FDG. The interface between bone and surrounding soft tissue or bone as displayed on coronal slices was divided into 12 segments in accordance with the classifications of Delee and Gruen. FDG uptake in each of the segments was scored (0-3) by two independent observers. Intraoperative findings were regarded as the gold standard. Results: After surgical revision 14 acetabular components and 9 femoral components were found to be loose and prosthetic infection was present in 7 prostheses. Loosening of the acetabular component was correlated to enhanced uptake in the middle of the acetabular interface, while loosening of the femoral component was correlated to enhanced uptake in the proximal and middle segment of the lateral femoral interface and the proximal segment of the medial femoral interface. A similar pattern was found in prosthetic infection with high uptake along the middle portion of the lateral fe-moral interface. In 6 of 7 infected prostheses loosening of the acetabular and of the femoral component was present. Taking the typical uptake patterns as criteria for loosening and grade 3 uptake as an additional criterion for septic loosening the accuracy of PET imaging in the detection of loosening of the acetabular or the femoral component and of prosthetic infection was 72, 78 and 89%, respectively. Conclusion: This pilot study presents FDG-PET as a promising diagnostic tool for patients with painful hip prostheses. Its clinical value should be evaluated in a larger patient population.

Zusammenfassung

Ziel: Identifikation von Befundmustern in der Positronenemissionstomographie (PET) mit ¹⁸F-Fluordeoxyglukose (¹⁸F-FDG) zur Erkennung von aseptischer Pfannen-und Schaft-sowie septischer Prothesenlockerung. Methoden: 18 Patienten mit Schmerzen nach Hüftgelenkersatz wurden präoperativ mit 200-300 MBq ¹⁸F-FDG in einem dedizierten Vollring-PET-Scanner untersucht. Die Grenzfläche zwischen Prothese und umgebendem Weichteil-/Knochengewebe in koronarer Schichtführung wurde entsprechend den Klassifikationen von Delee und Gruen in 12 Segmente unterteilt. Für jedes Segment wurde durch zwei unabhängige Untersucher ein visueller Uptake-Score (0-3) erhoben. Als Goldstandard dienten intraoperativ erhobene Befunde. Ergebnisse: Intraoperativ fanden sich 14 Pfannen-bzw. 9 Schaftlockerungen und 7 Protheseninfekte. In der PET korrelierte die Pfannenlockerung mit einem erhöhten Uptake im mittleren Acetabulum, die Schaftlockerung mit erhöhtem Uptake entlang des proximalen bis mittleren lateralen Schaftes sowie des proximalen medialen Schaftes, Protheseninfekte mit erhöhtem Uptake entlang des mittleren lateralen Schaftes. 6 der 7 infizierten Prothesen wiesen auch Pfannen-und Schaftlockerungen auf. Nimmt man zusätzlich zu den genannten Befundmustern eine Speicherintensität entsprechend Grad 3 im Schaftbereich als Kriterium für einen Infekt, so ergibt sich eine Treffsicherheit der PET in der Detektion von aseptischer Pfannenlockerung, aseptischer Schaftlocke-rung und septischer Lockerung von 72, 78 und 89%. Schlussfolgerungen: Die Pilotstudie zeigt, dass ¹⁸F-FDGPET eine vielversprechende Methode in der Diagnostik schmerzhafter Totalendoprothesen des Hüftgelenkes darstellt. Ihre Wertigkeit sollte an größeren Patientenkollektiven überprüft werden.

Keywords

Fluorodeoxyglucose - positron emission tomography - hip prosthesis - prosthetic loosening - prosthetic infection

Schlüsselwörter

Fluordeoxyglukose - Positronenemissionstomographie - Totalendoprothese des Hüftgelenks - Prothesenlockerung - Protheseninfekt

Volltext

Referenzen

Literatur
1 Becker W. Diagnostische Möglichkeiten der Nuklearmedizin bei chronischen Infekten. Radiologe 2002; 40: 561-7.
2 Chacko TK, Zhuang H, Stevenson K. et al. The importance of the location of fluorodeoxyglucose uptake in periprosthetic infection in painful hip prostheses. Nucl Med Commun 2002; 23: 851-5.
3 De Winter F, van de Wiele C, Vogelaers D. et al. Fluorine-18 fluorodeoxyglucose positron emission tomography: a highly accurate imaging modality for the diagnosis of chronic musculo-skeletal infections. J Bone Joint Surg 2001; 83: 651-9.
4 DeLee JG, Charnley J. Radiological demarcation of cemented sockets in total hip replacement. Clin Orthop 1976; 121: 20-32.
5 Fitzgerald RHJ. Diagnosis and management of the infected hip prosthesis. Orthopedics 1995; 18: 833-5.
6 Gallowitsch HJ, Heinisch M, Mikosch P. et al. Tc-99m ciprofloxacin in clinically selected patients suspected for peripheral osteomyelitis, spondylodiscitis and fever of unknown origin: preliminary results. Nuklearmedizin 2002; 41: 30-6.
7 Gruen TA, McNeice GM, Amstutz HC. Modes of failure of cemented stem-type femoral components: a radiographic analysis of loosening. Clin Orthop 1979; 141: 17-27.
8 Harris WH. Wear and periprosthetic osteolysis. Clin Orthop 2001; 393: 66-70.
9 Klett R, Steiner D, Puille M. et al. Antigranulocyte scintigraphy of septic loosening of hip prosthesis: influence of different analyzing methods. Nuklearmedizin 2001; 40: 75-9.
10 Larikka MJ, Ahonen AK, Niemela O. et al. Comparison of ^99mTc ciprofloxacin, ^99mTc white blood cell and three-phase bone imaging in the diagnosis of hip prosthesis infection: improved diagnostic accuracy with extended imaging time. Nucl Med Commun 2002; 23: 655-71.
11 Manthey N, Reinhard P, Moog F. et al. The use of [¹⁸F]fluordeoxyglucose positron emission tomography to differentiate between synovitis, loosening and infection of hip and knee pros-theses. Nucl Med Commun 2002; 23: 645-53.
12 Rennen HJ, Boerman OC, Oyen WJ. et al. Imaging infection/inflammation in the new millennium. Eur J Nucl Med 2001; 28: 241-52.
13 Schmitz A, Risse HJ, Kälicke T. et al. FDG-PET zur Diagnostik und Verlaufskontrolle entzündlicher Prozesse: Erste Ergebnisse aus orthopädischer Sicht. Z Orthop 2002; 138: 407-12.
14 Acker Van, Nuyts J, Maes A. et al. FDG-PET, ^99mTc-HMPAO white blood cell SPECT and bone scintigraphy in the evaluation of painful total knee arthroplasties. Eur J Nucl Med 2001; 28: 1496-504.
15 Zhuang H, Chacko TK, Hickeson M. et al. Persistent non-specific FDG uptake on PET imaging following hip arthroplasty. Eur J Nucl Med 2002; 29: 1328-33.