Analysis of ¹⁸F-FDG uptake pattern in PET for diagnosis of aseptic loosening versus prosthesis infection after total knee arthroplasty

Summary

The aim of this prospective study was to identify a typical pattern for fluorodeoxyglucose (¹⁸F-FDG) uptake in positron emission tomography (PET) to differentiate aseptic loosening (tibial and / or femoral component) from prosthesis infection in painful knee prosthesis. Patients, methods: 20 patients with painful knee prosthesis underwent PET imaging to evaluate aseptic loosening / prosthesis infection of their knee prosthesis. The interface between bone and surrounding soft tissue or bone was divided into 3 segments each for both the femur and the tibia and in addition for 4 segments reflecting the surrounding periprosthetic soft tissue. FDG uptake in each of the segments was scored (0–3) by two independent observers. The final diagnosis was based on operative findings with subsequent microbiological culture and histological examination. Results: After surgical revision 6 femoral components and 5 tibial components were found to be loose and prosthetic infection was present in 9 prostheses. In 8 of 9 infected prostheses loosening of the femoral und tibial component occurred. There was no statistically significant correlation between the standardised uptake within each of the segments and the diagnosis of aseptic loosening or prosthesis infection. A differentiated qualitative and quantitative FDG-PET result interpretation divided into five categories was developed. Specificity / sensitivity / positive predictive value / negative predictive value were 93% / 83% / 83% / 93% for aseptic loosening of the femoral component, 87% / 80% / 67% / 93% for aseptic loosening of the tibial component and 82% / 89% / 80% / 90% for infection. Conclusion: This pilot study shows that FDG-PET is a promising diagnostic tool for patients with painful knee prostheses. There is a good correlation between PET images and the intraoperative and pathology findings. Its clinical value, however, warrants further evaluation in a larger patient population.

Zusammenfassung

Ziel der prospektiven Studie war die Identifikation von Befundmustern in der Positronenemissionstomographie (PET) mit ¹⁸F-Fluor-deoxyglucose (¹⁸F-FDG) zur diagnostischen Differenzierung schmerzhafter Knieprothesen in aseptische Knieprothesenlockerung und Protheseninfekt für die tibiale und femorale Komponente. Patienten, Material, Methode: 20 Patienten mit klinischem Verdacht auf aseptische Prothesenlockerung bzw. einen Infekt zementierter Knieprothesen wurden präoperativ mittels FDG-PET untersucht. Die Grenzfläche zwischen Prothese und angrenzendem Knochen wurde dabei in 3 Segmente für das Femur und 3 Segmente für die Tibia sowie 4 Segmente für das periprothetische Weichteilgewebe unterteilt. Für jedes dieser Segmente wurde durch zwei unabhängige Untersucher ein visueller Uptake-Score (0–3) erhoben. Die endgültige Diagnosesicherung erfolgte in allen Fällen durch die klinische und operative Befunderhebung mit histologischer und mikrobiologischer Gewebeaufarbeitung. Ergebnisse: Intraoperativ fanden sich 6 aseptische Lockerungen der femoralen und 5 aseptische Lockerungen der tibialen Prothesenkomponenten und 9 Protheseninfekte. 8 der 9 infizierten Prothesen wiesen sowohl eine Lockerung der femoralen als auch der tibialen Prothesenkomponenten auf. Eine statistisch signifikante Korrelation zwischen dem semiquantitativen Uptake der einzelnen Segmente und der Diagnose einer aseptischen Lockerung oder eines Protheseninfektes konnte nicht nachgewiesen werden. Eine differenzierte Befundinterpretation des qualitativen und semiquantitativen Glukosemetabolismus hingegen zeigte eine diagnostische Treffsicherheit (Spezifität / Sensitivität / pos. Vorhersagewert (PVW) / neg. Vorhersagewert (NVW)) von 93% / 83% / 83% / 93% für eine aseptische Lockerung der femoralen Komponente, von 87% / 80% / 67% / 93% für eine aseptische Lockerung der tibialen Komponente und von 82% / 89% / 80% / 90% für eine Protheseninfektion. Schlussfolgerung: Die differenzierte Interpretation des regionalen Glukosemetabolismus bietet, gesichert durch Übereinstimmung der FDG-PET Befunde mit den intraoperativen und histologisch / mikrobiologischen Befunden, eine vielversprechende diagnostische Möglichkeit zur Differenzierung zwischen aseptischer Knieprothesenlockerung und Protheseninfekt. Der tatsächliche Nutzen der erarbeiteten Befundinterpretation muss an größeren Patientenkollektiven evaluiert werden.

Keywords

FDG-PET - prosthesis loosening - prosthesis infection - knee - total knee arthroplasty

Schlüsselwörter

FDG-PET - Prothesenlockerung - Protheseninfekt - Kniegelenk - Totalprothese des Kniegelenkes

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