[Diagnostic strategies in cases of suspected periprosthetic infection of the knee. A review of the...

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Orthopäde 2006 · 35:904–916 DOI 10.1007/s00132-006-0977-z Online publiziert: 23. Juni 2006 © Springer Medizin Verlag 2006 H. Gollwitzer 1 · P. Diehl 2 · L. Gerdesmeyer 3 · W. Mittelmeier 4 1 Abteilung für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Murnau/Staffelsee · 2 Klinik für Orthopädie und Sportorthopädie, Technische Universität München · 3 Department Endoprothetik und Wirbelsäulenchir- urgie, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Mare-Klinikum Kiel-Kronshagen 4 Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universität Rostock Diagnostische Strategien bei Verdacht auf periprothetische Infektion einer Kniegelenk- totalendoprothese Literaturübersicht und aktuelle Empfehlungen Leitthema Die Infektion stellt in der Kniegelenken- doprothetik eine der wesentlichen Kom- plikationen dar und tritt trotz moderner Operationsverfahren, strenger Hygiene und Antibiotikaprophylaxe bei der Pri- märimplantation in 0,4–2% der Fälle auf [6, 22, 46]. Verschiedene Grunderkran- kungen können das Infektionsrisiko erhö- hen und so beträgt die Infektrate z. B. bei Patienten mit rheumatoider Arthritis >4% [7]. Im Revisionsfall sind sogar Infektra- ten von >5% zu beobachten [22]. Die si- chere Differenzierung von aseptischer Lo- ckerung und Infektion ist für die Wahl des operativen Vorgehens und die Prognose nach Totalendoprothesen- (TEP-)Wechsel entscheidend. Infektionen und Reinfekti- onen nach septischen Prothesenwechseln gehen mit einer bedeutenden Morbidität und enormen volkswirtschaftlichen Kos- ten einher. Die Endoprotheseninfektion kann im Wesentlichen in 4 Typen klassifiziert wer- den [55]: Typ 1 positive intraoperative Kultu- ren während des Prothesen- wechsels, Typ 2 frühe postoperative Infektion (<1 Monat), Typ 3 akute hämatogene Infektion Typ 4 späte (chronische) Infektion (>1 Monat). Während die Diagnose der frühen und akuten Infektion aufgrund des klinischen Bildes meist keine Schwierigkeiten be- reitet, stellt die Diagnostik der chro- nischen „Low-grade-Infektion“ eine Her- ausforderung dar. Diese periprothetischen Infektionen sind häufig symptomarm und nur schwer von aseptischen entzündlichen Reaktionen zur differenzieren. Auch die Beurteilung und Wertung positiver intraoperativer Kulturergeb- nisse während des Prothesenwechsels (Typ-1-Infektion) kann Schwierigkeiten bei der Differenzierung von Kontamina- tion und echter Infektion bereiten. Hier ist v. a. die Entnahme multipler Proben mit jeweils frischen Instrumenten hilfreich, da der Nachweis des gleichen Infektionserre- gers in verschiedenen Proben auf ein re- levantes infektiöses Geschehen hinweist. Therapeutisch wird hier meist eine test- gerechte systemische Antibiose über min- destens 4 Wochen empfohlen. Einschränkend muss für sämtliche Stu- dien zur Infektdiagnostik vorweg erwähnt werden, dass keine einheitlichen Kriterien zur definitiven Diagnose der Prothesen- infektion vorliegen und auch die zumeist untersuchten Goldstandards der intraope- rativen Kultur und/oder Histologie selbst keine 100%ige Sensitivität und Spezifität besitzen. Dies erklärt die manchmal gra- vierenden Unterschiede in den verschie- denen Untersuchungen zur Wertigkeit der einzelnen diagnostischen Verfahren. Klinische Befunde Während das klinische Bild der infizierten Knie-TEP im akuten Fall mit den ty- pischen Symptomen von Rötung, Schwel- lung, Erguss, aufgehobener Funktion und starken Schmerzen bis hin zur Sekretion, Fistel und zum präseptischen Krankheits- bild reicht und unschwer auf die vorlie- gende Infektion hinweist, muss bei den blander verlaufenden chronischen Infek- tionen immer zuerst der Verdacht auf ein infektiöses Geschehen gelenkt werden. Wesentliche Differenzialdiagnosen sind dabei die aseptische Lockerung, mecha- nische Komplikationen, das komplexe re- gionale Schmerzsyndrom (CRPS) sowie die Arthrofibrose. Gerade bei der Arthro- fibrose sollte vor Diagnosestellung immer eine blande verlaufende Infektion ausge- schlossen werden [19]. In der Anamnese sollte nach kompli- zierter Wundheilung, zurückliegender Antibiotikabehandlung, persistierender Sekretion und andauernden Schmerzen nach Implantation der einliegenden En- doprothese gefahndet werden. Auch bei einer Bewegungseinschränkung und ins- 904 | Der Orthopäde 9 · 2006

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Orthopäde 2006 · 35:904–916

DOI 10.1007/s00132-006-0977-z

Online publiziert: 23. Juni 2006

© Springer Medizin Verlag 2006

H. Gollwitzer1 · P. Diehl2 · L. Gerdesmeyer3 · W. Mittelmeier4

1 Abteilung für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Berufsgenossenschaftliche

Unfallklinik Murnau/Staffelsee · 2 Klinik für Orthopädie und Sportorthopädie,

Technische Universität München · 3 Department Endoprothetik und Wirbelsäulenchir-

urgie, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Mare-Klinikum Kiel-Kronshagen4 Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universität Rostock

Diagnostische Strategien bei Verdacht auf peri prothetische Infektion einer Kniegelenk -total endoprothese

Literaturübersicht und aktuelle Empfehlungen

Leitthema

Die Infektion stellt in der Kniegelenken-

doprothetik eine der wesentlichen Kom-

plikationen dar und tritt trotz moderner

Operationsverfahren, strenger Hygiene

und Antibiotikaprophylaxe bei der Pri-

märimplantation in 0,4–2% der Fälle auf

[6, 22, 46]. Verschiedene Grunderkran-

kungen können das Infektionsrisiko erhö-

hen und so beträgt die Infektrate z. B. bei

Patienten mit rheumatoider Arthritis >4%

[7]. Im Revisionsfall sind sogar Infektra-

ten von >5% zu beobachten [22]. Die si-

chere Differenzierung von aseptischer Lo-

ckerung und Infektion ist für die Wahl des

operativen Vorgehens und die Prognose

nach Totalendoprothesen- (TEP-)Wechsel

entscheidend. Infektionen und Reinfekti-

onen nach septischen Prothesenwechseln

gehen mit einer bedeutenden Morbidität

und enormen volkswirtschaftlichen Kos-

ten einher.

Die Endoprotheseninfektion kann im

Wesentlichen in 4 Typen klassifiziert wer-

den [55]:

Typ 1 positive intraoperative Kultu-

ren während des Prothesen-

wechsels,

Typ 2 frühe postoperative Infektion

(<1 Monat),

Typ 3 akute hämatogene Infektion

Typ 4 späte (chronische) Infektion

(>1 Monat).

Während die Diagnose der frühen und

akuten Infektion aufgrund des klinischen

Bildes meist keine Schwierigkeiten be-

reitet, stellt die Diagnostik der chro-

nischen „Low-grade-Infektion“ eine Her-

ausforderung dar. Diese periprothetischen

Infektionen sind häufig symptomarm und

nur schwer von aseptischen entzündlichen

Reaktionen zur differenzieren.

Auch die Beurteilung und Wertung

positiver intraoperativer Kulturergeb-

nisse während des Prothesenwechsels

(Typ-1-Infektion) kann Schwierigkeiten

bei der Differenzierung von Kontamina-

tion und echter Infektion bereiten. Hier ist

v. a. die Entnahme multipler Proben mit

jeweils frischen Instrumenten hilfreich, da

der Nachweis des gleichen Infektionserre-

gers in verschiedenen Proben auf ein re-

levantes infektiöses Geschehen hinweist.

Therapeutisch wird hier meist eine test-

gerechte systemische Antibiose über min-

destens 4 Wochen empfohlen.

Einschränkend muss für sämtliche Stu-

dien zur Infektdiagnostik vorweg erwähnt

werden, dass keine einheitlichen Kriterien

zur definitiven Diagnose der Prothesen-

infektion vorliegen und auch die zumeist

untersuchten Goldstandards der intraope-

rativen Kultur und/oder Histologie selbst

keine 100%ige Sensitivität und Spezifität

besitzen. Dies erklärt die manchmal gra-

vierenden Unterschiede in den verschie-

denen Untersuchungen zur Wertigkeit

der einzelnen diagnostischen Verfahren.

Klinische Befunde

Während das klinische Bild der infizierten

Knie-TEP im akuten Fall mit den ty-

pischen Symptomen von Rötung, Schwel-

lung, Erguss, aufgehobener Funktion und

starken Schmerzen bis hin zur Sekretion,

Fistel und zum präseptischen Krankheits-

bild reicht und unschwer auf die vorlie-

gende Infektion hinweist, muss bei den

blander verlaufenden chronischen Infek-

tionen immer zuerst der Verdacht auf ein

infektiöses Geschehen gelenkt werden.

Wesentliche Differenzialdiagnosen sind

dabei die aseptische Lockerung, mecha-

nische Komplikationen, das komplexe re-

gionale Schmerzsyndrom (CRPS) sowie

die Arthrofibrose. Gerade bei der Arthro-

fibrose sollte vor Diagnosestellung immer

eine blande verlaufende Infektion ausge-

schlossen werden [19].

In der Anamnese sollte nach kompli-

zierter Wundheilung, zurückliegender

Antibiotikabehandlung, persistierender

Sekretion und andauernden Schmerzen

nach Implantation der einliegenden En-

doprothese gefahndet werden. Auch bei

einer Bewegungseinschränkung und ins-

904 | Der Orthopäde 9 · 2006

besondere bei neu aufgetretenen Schmer-

zen nach zunächst gut funktionierender

TEP (>3 Monate postoperativ, auch nachts

und in Ruhe) sollte differenzialdiagnos-

tisch an eine Infektion gedacht werden.

Unspezifische klinische Befunde sind

eine schmerzhafte Bewegungseinschrän-

kung, Schwellung, intraartikuläre Erguss-

bildung, Rötung, persistierende Sekretion

und (sub)febrile Temperaturen. Die häu-

fig beschriebene „sterile“ Fistel sollte als

eindeutiges Infektzeichen gewertet wer-

den, da eine direkte Verbindung zur Haut-

flora und damit eine bakterielle Besiede-

lung der Endoprothese besteht.

Radiologische Zeichen

Die radiologische Diagnostik bei Verdacht

auf Knie-TEP-Infektion dient v. a. der Be-

urteilung einer Prothesenlockerung so-

wie dem differentialdiagnostischen Aus-

schluss von mechanischen Komplikati-

onen und Gleitflächenabrieb (Standauf-

nahmen!).

Typische radiologische Befunde einer

Protheseninfektion sind selten, da die kli-

nischen Befunde den radiologischen Ver-

änderungen meist vorauseilen. Bei schlei-

chenden Infektionen können sequentielle

Röntgenbilder die Ausbildung einer foka-

len Osteopenie, Osteolysen und periosta-

le Knochenneubildung nachweisen. Wäh-

rend früh auftretende Osteolysen als cha-

rakteristischstes radiologisches Merkmal

der TEP-Infektion zu werten sind, werden

späte Osteolysen meist aseptisch durch

Abrieb verursacht (. Abb. 1).

Die Computertomographie (CT) und

Magnetresonanztomographie (MRT) lie-

fert in der Infektdiagnostik meist keine

zusätzliche Information, die CT kann je-

doch in Zusammenschau mit nuklearme-

dizinischen Verfahren die Auswertung

derselben erleichtern.

Laboruntersuchungen

Die Bestimmung der Entzündungspa-

rameter stellt im diagnostischen Loga-

rithmus nach Anamnese und klinischer

Untersuchung den nächsten wichtigen

Schritt der Infektionsdiagnostik dar. Hier

zeichnen sich v. a. die Blutkörperchensen-

kungsgeschwindigkeit (BSG) und das C-

reaktive Protein (CRP) durch eine rela-

tiv hohe Sensitivität aus (. Tab. 1). Nach

einem postoperativen Anstieg mit Gip-

fel am 2. bis 3. Tag sollte es bei kompli-

kationsloser TEP-Implantation zu einem

raschen Abfall des CRP-Wertes mit An-

näherung an den Normwert bis zum 10.

postoperativen Tag kommen [42]. Persis-

tierende CRP-Erhöhungen können auf

ein infektiöses Geschehen hinweisen.

Abhängig von den festgelegten

Grenzwerten (z. B. BSG>10 mm/h oder

>30 mm/h) besitzen die beschriebenen

Entzündungsparameter jedoch eine mehr

oder weniger geringe Spezifität für die pe-

riprothetische Infektion (s. . Tab. 1).

> BSG und CRP werden zur Aus-schlussdiagnostik empfohlen

Im Allgemeinen werden somit CRP und

BSG zur Ausschlussdiagnostik empfoh-

len, da normale BSG- und CRP-Werte ei-

ne periprothetische Infektion relativ un-

wahrscheinlich machen [29].

Die Bestimmung der Leukozyten-

zahlen ist in der Diagnostik der Knie-

TEP-Infektion nur von untergeordneter

Bedeutung, da die Leukozytenzahlen

nur eine sehr geringe Sensitivität besit-

zen [41]. Eine Erhöhung der Leukozyten-

werte ist zudem meist mit einem klinisch

ausgeprägten Infektgeschehen verknüpft,

welches kein diagnostisches Problem dar-

stellt. Chronische Infekte gehen in der Re-

gel mit normalen Leukozytenwerten ein-

her, hier kann eine chronische Infektanä-

mie vorliegen.

Neuere Laborparameter könnten die

Infektdiagnostik entscheidend verbes-

sern. So untersuchten DiCesare et al. [12]

den Interleukin-6- (IL-6-)Serumspiegel

in einer Studie an 58 Patienten, welche

sich einer Revision einer einliegenden

Hüft- oder Knie-TEP unterziehen muss-

ten. Dabei zeigte eine Erhöhung des IL-

6-Serumspiegels mit einer Genauigkeit

von 97% eine zugrunde liegende Endo-

protheseninfektion an [Sensitivität=1,00;

Spezifität=0,95; positiver Vorhersagewert

(PPV)=0,89; negativer Vorhersagewert

(NPV)=1,00]. Die ermutigenden Ergeb-

nisse dieser relativ kleinen Studie müssen

nun in größeren Untersuchungen bestä-

tigt werden.

Als weiterer hochspezifischer Parame-

ter bakterieller Infektionen gilt Procalci-

tonin. Hier liegen noch keine Ergebnisse

in der Diagnostik von TEP-Infektionen

vor, allerdings konnten Martinot et al. [36]

bei der bakteriellen Arthritis eine Spezifi-

tät von 0,94 für eine Erhöhung des Procal-

citonin-Wertes im Serum aufzeigen.

Nuklearmedizinische Verfahren

3-Phasen-SkelettszintigraphieDie Knochenszintigraphie ist ein dia-

gnostisches bildgebendes Verfahren, wel-

ches die Verteilung eines osteotropen Ra-

diopharmazeutikums (meist Techneti-

um-99m-Methylendiphosphat, 99mTc-

MDP) in planarer und ggf. auch tomogra-

Abb. 1 9 a Radiolo-gische Zeichen der septischen Prothesen-lockerung einer Knie-TEP mit ausgeprägten Osteolysen. b Osteo-lysen entlang der in-tramedullären Stielver-ankerung einer Revisi-onsendoprothese bei TEP-Infektion

906 | Der Orthopäde 9 · 2006

Leitthema

phischer Technik wiedergibt. Die 3-Pha-

sen-Skelettszintigraphie ist dabei ein indi-

rektes Maß für die metabolische Aktivität

des Knochens und setzt sich üblicherwei-

se aus Perfusions-, Blutpool- und Spätauf-

nahmen zusammen.

Da metabolische Veränderungen den

morphologischen Befunden üblicher-

weise vorausgehen, kann die Skelettszin-

tigraphie pathologische Befunde oft frü-

her aufdecken als dies durch konventio-

nelle Untersuchungen (z. B. Röntgenauf-

nahmen) möglich ist. Andererseits sind

Traceranreicherungen durch den Nach-

weis von Veränderungen des Knochen-

stoffwechsels unspezifisch und auch um

asymptomatische Endoprothesen häufig

noch mehrere Jahre nach Implantation er-

höht. So konnten Larikka et al. [30] für die 99mTc-Knochenszintigraphie in der Di-

agnostik der TEP-Infektion auch nur ei-

ne Spezifität von 0,05 aufzeigen, und viele

weitere Studien bestätigten die nicht zur

Differenzierung entzündlicher peripros-

thetischer Prozesse ausreichende geringe

Spezifität [9, 50].

Allerdings besitzt die 99mTc-Knochen-

szintigraphie durch die hohe Sensitivität

einen zuverlässigen negativen Vorhersa-

gewert und kann daher zur Ausschlussdi-

agnostik eingesetzt werden [9, 50]. Heu-

te wird die 3-Phasen-Skelettszintigraphie

meist zur sequentiellen Untersuchung in

Kombination mit Leukozyten- oder An-

tigranulozytenszintigraphie (AGS) einge-

setzt. Eine Inkongruenz in der periprothe-

tischen Traceranreicherung gilt dabei als

Hinweis auf eine zugrunde liegende Infek-

tion. Als alleiniges nuklearmedizinisches

Verfahren hat die Skelettszintigraphie in

der Diagnostik der Knie-TEP-Infektion

keine wesentliche Bedeutung mehr.

Gallium-67-Zitrat-SzintigraphieDie 67Ga-Zitrat-Szintigraphie wurde als

nuklearmedizinisches Verfahren zur bes-

seren Abbildung infektiöser Prozesse ein-

geführt. Das radioaktive Ga-67 bindet

nach der i. v.-Injektion an Serumtransfer-

rin, und dieser Komplex gelangt schließ-

lich über den Extrazellulärraum auch an

den Ort der Infektion. In infizierten Are-

alen liegt eine erhöhte Konzentration an

Lactoferrin vor, welches von Granulo-

zyten freigesetzt wird. Durch die deutlich

höhere Affinität des Galliums zu Lacto-

Zusammenfassung · Abstract

Orthopäde 2006 · 35:904–916 DOI 10.1007/s00132-006-0977-z

© Springer Medizin Verlag 2006

H. Gollwitzer · P. Diehl · L. Gerdesmeyer · W. Mittelmeier

Diagnostische Strategien bei Verdacht auf periprothetische Infektion einer Kniegelenktotalendoprothese. Literaturübersicht und aktuelle Empfehlungen

Zusammenfassung

Die sichere Bestimmung der periprothe-

tischen Infektion des Kniegelenks ist eine dia-

gnostische Herausforderung. Die vorliegende

Arbeit gibt eine Literaturübersicht zu den

verfügbaren diagnostischen Verfahren.

Bei Infektionen nach Knietotalendopro-

these (Knie-TEP) zeigen die Blutkörperchen-

senkung und das C-reaktive Protein (CRP) ei-

ne relativ hohe Sensitivität bei geringer Spe-

zifität und werden deshalb vornehmlich

zum Infektausschluss eingesetzt. Die Leuko-

zytenszintigraphie zeigte sehr unterschied-

liche Wertigkeiten, ein Einsatz als Standarddi-

agnostikum kann nach den vorliegenden Da-

ten nicht empfohlen werden.

Für die Antigranulozytenszintigraphie

und die FDG-PET als neuere Verfahren konn-

te in den durchgeführten kleineren Studien

eine gute Genauigkeit mit hoher Sensitivität

gezeigt werden. Eine Validierung in größeren

Studien ist notwendig. Unbestritten ist die

hohe Spezifität der mikrobiologischen Unter-

suchung präoperativer Punktate, jedoch ver-

bleiben durchschnittlich 20% falsch-negative

Befunde. Eine Punktion wird jedoch aufgrund

der Möglichkeit der präoperativen Keimdiffe-

renzierung empfohlen.

Eine gute Genauigkeit zeigte auch die in-

traoperative Gefrierschnittuntersuchung. Als

Standards werden die intraoperative Kultur

und Histologie eingesetzt, die echte Wertig-

keit ist jedoch aufgrund fehlender Goldstan-

dards schwer zu beurteilen.

Große Studien zu den diagnostischen Ver-

fahren und validierte Kriterien zur definitiven

Diagnosestellung sind zur Optimierung des

diagnostischen Algorithmus notwendig.

Schlüsselwörter

Kniegelenkendoprothese · Infektion ·

Szintigraphie · PET · PCR · Gelenkpunktion

Diagnostic strategies in cases of suspected periprosthetic infection of the knee. A review of the literature and current recommendations

Abstract

Reliable confirmation of periprosthetic infec-

tion after total knee arthroplasty is a diagnos-

tic challenge. The present work reviews pub-

lished data evaluating the available diagnos-

tic tools.

Erythrocyte sedimentation rate and C-re-

active protein serum levels are relatively sen-

sitive methods with rather low specificity to-

wards periprosthetic infection and are main-

ly applied to exclude infection. Studies eval-

uating scintigraphic methods – especially

white cell scans – provide inconsistent data

with varying accuracy. Consequently, white

cell scans cannot be recommended as stan-

dard methods.

Immunoscintigraphy with antigranulo-

cyte antibodies and FDG-PET scans dem-

onstrated promising results with particular-

ly high sensitivities, but have to be validated

in larger studies. Microbiological evaluation

of joint aspirates proved high specificity for

periprosthetic infection. However, an average

of 20% of infected cases remained undetect-

ed. Nevertheless, aspiration is widely recom-

mended for preoperative isolation of the in-

fecting organism. Intraoperative frozen sec-

tions demonstrated excellent specificity with

good sensitivity. The real accuracy of intraop-

erative culture and permanent histology can-

not be determined due to the missing gold-

en standard; however, a combination of both

methods is recommended to define the fi-

nal diagnosis.

Large studies validating both methods

and criteria for the final diagnosis of peripros-

thetic infection are necessary to optimize the

diagnostic algorithm.

Keywords

Knee arthroplasty · Infection · Scintigraphy ·

PET · PCR · Joint aspiration

907Der Orthopäde 9 · 2006 |

ferrin erfolgt ein Transfer des radioak-

tiven Tracers von Transferrin zu Lacto-

ferrin und somit eine Darstellung des in-

fizierten Situs.

In der klinischen Realität zeigte sich

jedoch eine Anreicherung des Tracers

auch an Orten mit aseptisch erhöhtem

Knochenstoffwechsel, und die Spezifität

der Infektionsdarstellung war weit weni-

ger hoch als erhofft [9]. Die 67Ga-Szinti-

graphie ist ähnlich wie die konventionelle

Knochenszintigraphie sehr sensitiv, je-

doch unzureichend spezifisch.

Durch die sequentielle Anwendung der

Technetium-Gallium Szintigraphie sollte

durch eine inkongruente Anreicherung

von Technetium und dem entzündungs-

spezifischeren Gallium eine Differenzie-

rung von Knochenstoffwechselsteigerung

und echter entzündlich-infektiöser Re-

aktion möglich werden, was in einzelnen

Studien bestätigt wurde [23]. Diese kom-

binierte Untersuchung konnte allerdings

die hohen Erwartungen in den meisten

der vorliegenden Untersuchungen nicht

erfüllen und wies eine schlechtere Genau-

igkeit als die Szintigraphien mit markier-

ten Leukozyten auf [38, 50]. Folglich wer-

den die Verfahren nicht zur (alleinigen)

Diagnostik der Knie-TEP-Infektion emp-

fohlen [9].

Indium-111-Oxin-Leukozyten szintigraphieDie Szintigraphie mit 111In-Oxin-mar-

kierten autologen Leukozyten erlaubt die

Verteilung der markierten Leukozyten im

Körper des Patienten von extern mittels

Einzelaufnahmen und ggf. SPECT-Unter-

suchungen (single-photon emission com-

puted tomography) zu verfolgen. Dazu

werden patienteneigene Leukozyten ent-

nommen, in einem relativ aufwendigen

Verfahren isoliert, und nach radioaktiver

Markierung reinjiziert. Diese markierten

Leukozyten akkumulieren dann in Be-

reichen mit fokaler Infekt- oder Entzün-

dungsreaktion.

Die alleinige Szintigraphie mit 111In-

markierten Leukozyten zeigte in den vor-

liegenden Veröffentlichungen relativ un-

terschiedliche Resultate bzgl. Spezifität

und Sensitivität (. Tab. 2). Falsch-posi-

tive Befunde können hier v. a. durch die

relativ häufige postoperative Umvertei-

lung und Aktivierung des Knochenmarks

um die Prothese bedingt sein. Von Nach-

teil ist die relativ schlechte anatomische

Auflösung des Verfahrens. Die Sensitivi-

tät wird i. Allg. geringer eingestuft als bei

der 99mTc-Skelettszintigraphie.

Scher et al. [51] konnten nachweisen,

dass die Genauigkeit der 111In-markier-

ten Leukozytenszintigraphie relativ un-

abhängig von der vor bestehenden In-

fektdauer bzw. der Chronizität des In-

fekts ist [51], allerdings zeigten die Unter-

suchungen wie bei anderen Autoren auch

Einschränkungen bei Sensitivität und

Spezifität (s. . Tab. 2), weshalb das Ver-

fahren nicht als Standarddiagnostikum

empfohlen wird.

Technetium-99m-HMPAO-LeukozytenszintigraphieDie Szintigraphie mit 99mTc-HMPAO-

markierten Leukozyten ermöglicht eben-

falls den Nachweis der Verteilung von ra-

dioaktiv markierten und reinjizierten au-

tologen Leukozyten als planare Aufnah-

me oder als SPECT. Diese Art der Szin-

tigraphie versucht über eine verbesserte

Leukozytenmarkierung den Anteil der

markierten Lymphozyten – und damit

das für eine bakterielle Infektion unspe-

zifische Hintergrundsignal – zu reduzie-

ren. Der Einsatz von 99mTc-markierten au-

tologen Leukozyten hat im Vergleich zu 111In-Oxin-markierten den Vorteil einer

früheren und kürzeren Untersuchungs-

dauer, einer niedrigeren Strahlenexposi-

tion und einer besseren Bildqualität.

Zusätzliche Spätaufnahmen nach 24 h

könnten im Vergleich zur alleinigen Be-

urteilung in der Frühphase nach 2–4 h

die Genauigkeit verbessern ([24, 30]

und . Tab. 2). Insgesamt konnte für die 99mTc-HMPAO-Szintigraphie jedoch kei-

ne wesentlich höhere Genauigkeit ver-

glichen mit der 111In-Leukozytenszinti-

graphie nachgewiesen werden [9]. Ledig-

lich Pelosi et al. [47] erzielten mittels ei-

ner zusätzlichen semiquantitativen Ana-

lyse der periprothetischen Leukozytenak-

tivität hervorragende Ergebnisse.

Eine sequentielle Kombination der

Leukozytenszintigraphien mit der 99mTc-

Skelettszintigraphie oder 67Ga-Zitrat-

Szintigraphie wird durch verschiedene

Arbeitsgruppen zur Erhöhung der Spe-

zifität empfohlen [24, 44], (. Tab. 2). Ei-

ne inkongruente Anreicherung der radio-

aktiven Tracer kann auch hier zur bes-

seren Differenzierung periprothetischer

Prozesse genutzt werden. Dabei gilt eine

fokal stärkere Anreicherung der radioak-

tiv markierten Leukozyten verglichen mit

Technetium oder Gallium als Hinweis auf

ein infektiöses Geschehen. Insgesamt wer-

den die Leukozytenszintigraphien jedoch

meist zum Ausschluss einer Infektion ein-

gesetzt.

Technetium-99m-Antigranulo-zytenszintigraphie (99mTc-AGS)Die Antigranulozytenszintigraphie (AGS)

erlaubt den indirekten Nachweis von In-

fektionsherden über die Verteilung radio-

aktiv markierter monoklonaler Antikör-

Tab. 1 Wertigkeit von BSG und CRP in der Diagnostik der Knie-TEP-Infektion

Autor, Jahr Patienten

(n)

Sensiti-

vität

Spezifität PPV NPV Genauigkeit

(Wahrschein-

lichkeit kor-

rekter Aussage)

BSG

Barrack et al. 1997 [5]a 69 1,00 0,25 - - 0,47

Barrack et al. 1997 [5]b 69 0,80 0,63 0,47 0,88 0,68

Di Cesare et al. 2005 [12] 58d 1,00 0,56 0,49 1,00 0,69

Levitsky et al. 1991 [31]b 72d 0,60 0,65 0,25 0,90 0,65

Panousis et al. 2005 [45] 92d 0,75 0,68 0,26 0,95 0,68

Teller et al. 2000 [53]c 166d 0,29 0,88 0,26 0,89 0,80

CRP

Di Cesare et al. [12] 58d 0,94 0,78 0,64 0,97 0,83

Kordelle et al. 2004 [29] 50 1,00 0,38 0,69 1,00 0,74

Panousis et al. 2005 [45] 92d 0,67 0,64 0,22 0,93 0,64

Virolainen et al. 2002 [58] 68d 0,79 0,68 - - -a BSG >10 mm/h. b BSG >30 mm/h. c BSG >40 mm/h. d Hüft- und Knie-TEP. PPV positive predictive value/positiver Vorhersagewert. NPV negative predictive value/negativer Vorhersagewert.

908 | Der Orthopäde 9 · 2006

Leitthema

per gegen humane Granulozyten. Damit

gelingt aber nicht nur ein Nachweis von

Entzündungsherden, sondern auch eine

positive Knochenmarkdarstellung. Die

Akkumulation der markierten Antikör-

per nimmt in einem entzündlichen Fo-

kus typischerweise von den Frühaufnah-

men (4 h) zu den Spätaufnahmen (24 h)

zu. Hier wird ebenfalls die begleiten-

de Durchführung einer 3-Phasen-Skelett-

szintigraphie empfohlen.

Vorteile der AGS gegenüber der Leu-

kozytenszintigraphie sind die schnelle

Verfügbarkeit ohne aufwendige Leuko-

zytenisolation und eine geringere Strah-

lenexposition als bei der 111In-Leukozyten-

szintigraphie. Allerdings besteht aufgrund

der murinen Genese der Antikörper das

Risiko der Ausbildung humaner Anti-

maus-Antikörper und die Gefahr einer

allergischen bzw. anaphylaktischen Reak-

tion, weshalb die AGS nur unter Notfall-

bereitschaft durchgeführt werden sollte.

Die Arbeitsgruppe um Klett u. Kor-

delle [29] fand viel versprechende Ergeb-

nisse für die AGS (s. . Tab. 2) und emp-

fiehlt eine Stufendiagnostik mit der Be-

stimmung von CRP-Wert und AGS. Ei-

ne Erhöhung des CRP und eine posi-

tive AGS wurden dabei als Infektion ge-

wertet. Für das kombinierte Vorgehen im

Rahmen der Stufendiagnostik konnte ei-

ne Sensitivität von 1,00 und eine Spezifität

von 0,83 an 32 Patienten mit Knie-TEP er-

zielt werden. Die Ergebnisse der verschie-

denen Studien zu den vorgestellten Szinti-

graphieverfahren sind in . Tab. 2 zusam-

mengefasst.

Fluor-18-Desoxyglukose-Positronen emissionstomographie (FDG-PET)Ein relativ neues Verfahren in Diagnos-

tik der Endoprotheseninfektion ist die

FDG-PET. Mittels FDG-PET kann über

radioaktiv markierte 18F-Desoxyglukose

eine fokale Steigerung des Glukosestoff-

wechsels (v. a. bei Tumoren und Entzün-

dungsprozessen) nachgewiesen werden.

Der infundierte radioaktiv markierte Zu-

cker reichert sich als „falscher Metabo-

lit“ intrazellulär in Bereichen mit gestei-

gertem Glukosestoffwechsel an und kann

dort mittels PET nachgewiesen werden.

Entscheidend für eine adäquate intrazel-

luläre Aufnahme des Metaboliten ist ein

normaler oder niedriger Blutglukosespie-

gel (nüchterner Patient, strenge Blutzu-

ckereinstellung bei Diabetes mellitus). Bei

hohen Blutzuckerwerten nimmt die Sen-

sitivität des Verfahrens folglich ab.

Wesentliche Vorteile der FDG-PET

sind die geringe Anfälligkeit für Arte-

fakte, die kurze Untersuchungszeit und

die relativ geringe Strahlenbelastung.

Günstig ist außerdem die hohe dreidi-

mensionale Auflösung, wodurch bei ad-

äquater radiologischer Diagnostik eine

exakte Zuordnung fokaler Stoffwechsel-

steigerungen möglich wird. Grundlage ist

dementsprechend eine suffiziente radio-

Tab. 2 Wertigkeit der verschiedenen Szintigraphieverfahren in der Diagnostik der Knie-TEP-Infektion

Autor, Jahr Prothesen (n) Sensitivität Spezifität PPV NPV Genauigkeit

Indium-111

Johnson et al. 1988 [24]a 28 1,00 0,50 0,47 1,00 0,65

Johnson et al. 1988 [24]a,b 28 0,88 0,95 0,88 0,95 0,93

Joseph et al. 2001 [25]c 58e 0,66 0,98 0,91 0,89 0,90

Magnuson et al. 1988 [34] 98e 0,88 0,73 - - 0,81

Palestro et al. 1991 [44] 41 0,89 0,75 0,50 0,96 0,78

Palestro et al. 1991 [44]b 24 0,67 0,78 0,50 0,88 0,75

Palestro et al. 1991 [44]c 19 0,86 1,00 1,00 0,92 0,95

Pring et al. 1986 [48] 50e 1,00 0,91 0,90 1,00 0,93

Rand u. Brown 1990 [49] 38 0,83 0,85 0,83 0,85 0,84

Scher et al. 2000 [51] 88 0,88 0,78 0,75 0,90 0,83

Teller et al. 2000 [53]b 166e 0,64 0,78 0,30 0,93 0,76

Wukich et al. 1987 [60] 24e 0,95 0,45 - - 0,60

Tc-99m-HMPAO

Glithero et al. 1993 [18] 31e 0,50 1,00 1,00 0,81 0,84

Larikka et al. 2001 [30]b 30 0,88 0,77 0,58 0,94 0,80

Larikka et al. 2001 [30]a,b 30 1,00 0,82 0,67 1,00 0,87

Merkel et al. 1985 [38] 16e 0,86 1,00 1,00 0,90 0,94

Pelosi et al. 2004 [47]a,d 95e 0,96 0,96 – – 0,96

Van Acker et al. 2001 [57] 21 1,00 0,53 0,42 1,00 0,65

Van Acker et al. 2001 [57]b 21 1,00 0,93 0,83 1,00 0,95

Tc-99m-Antigranulozyten-AK

Klett et al. 2003 [27]a 28 1,00 0,80 0,81 1,00 0,89

Kordelle et al. 2004 [29] 32 1,00 0,82 0,83 1,00 0,91

von Rothenburg et al. 2004 [59] 38e 0,93 0,65 0,63 0,94 0,76

von Rothenburg et al. 2004 [59] 12 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00a Zusätzlich 24 h verzögerte Aufnahmen. b In Kombination mit 99mTc-Knochenszintigraphie. c Leukozytenszintigraphie in Kombination mit 99mTc-markiertem Schwefelkolloid. d Semiquantitative Analyse. e Knie- und Hüft-TEP.

910 | Der Orthopäde 9 · 2006

Leitthema

logische Diagnostik, wodurch die Genau-

igkeit des Verfahrens wesentlich gesteigert

wird [20]. Nachteilig sind die relativ ho-

hen Kosten und die (noch) geringe Ver-

fügbarkeit.

In den bisher publizierten Studien mit

relativ kleinen Fallzahlen konnte durch-

wegs eine hohe Sensitivität bei relativ

hoher Spezifität nachgewiesen werden

(. Tab. 3). Falsch-positive Befunde sind

dabei v. a. auf eine nicht ausreichende ra-

diologische Diagnostik [20] und auf eine

erhöhte Anreicherung des Tracers bei Ab-

riebkrankheit zurückzuführen [26]. Eine

Beurteilung sollte hier wie bei allen nu-

klearmedizinischen Verfahren stets in

Zusammenschau mit einer aktuellen ra-

diologischen Bildgebung erfolgen. Nach

den bisher vorliegenden Daten bietet die

FDG-PET eine viel versprechende Metho-

de, die präoperative Infektabklärung bei

einliegender Knie-TEP zu verbessern.

Mikrobiologische Diagnostik

Die Indikation zur mikrobiologischen Di-

agnostik besteht bei jedem Verdacht auf

Protheseninfektion, da nur ein bakterio-

logischer Nachweis des Infektionserregers

die Diagnose festigen und über ein Anti-

biogramm eine testgerechte antibiotische

Therapie ermöglichen kann!

Um die Sensitivität der mikrobiolo-

gischen Diagnostik nicht zu mindern,

sollte mit dem Beginn der antibiotischen

Therapie bis nach der Probengewinnung

gewartet werden [5], bzw. eine laufende

Antibiotikagabe mindestens 2–4 Wochen

vor Probengewinnung abgesetzt werden.

Nach Absetzen einer Antibiotikatherapie

muss eine regelmäßige klinische Kontrolle

bei potenziellem Sepsisrisiko erfolgen!

Generell sollten Untersuchungen in

soliden und flüssigen Medien auf aerobe

und anaerobe Keime und Pilze erfolgen

[5]. Einzelne Autoren empfehlen eben-

falls die Inkubation des gewonnenen Pro-

bematerials in Blutkulturflaschen [29].

Da es sich bei den Erregern implantatas-

soziierter Infektionen häufig um niedrig

virulente und langsam wachsende Bak-

terien handelt, welche zudem durch ei-

ne vorausgegangene Antibiotikatherapie

geschädigt sein können, sollte eine Inku-

bation mikrobiologischer Proben immer

für mindestens 14 Tage erfolgen. Zudem

sollten die Transportzeiten der mikro-

biologischen Präparate so kurz wie mög-

lich gehalten werden, dies gilt insbesonde-

re bei notfallmäßigen Entnahmen nachts

und an Wochenenden. Bei Vorliegen ei-

ner fistelnden Infektion sollte anstelle des

Tupferabstrichs, welcher häufig durch Kei-

me der Hautflora kontaminiert ist, eine

Curettage des Fistelganges durchgeführt

werden.

GelenkpunktionDie Aspiration von Gelenkflüssigkeit

zur mikrobiologischen Diagnostik bietet

die Möglichkeit der präoperativen Keim-

identifizierung und ist somit in allen Fäl-

Tab. 3 Wertigkeit der FDG-PET in der Diagnostik der Knie-TEP-Infektion

Autor/Jahr Prothesen

(n)

Sensiti-

vität

Spezifität PPV NPV Genauigkeit

Chacko 2002 36 0,92 0,75 - - 0,81

De Winter 2000 17 1,00 0,89 - - 0,94

Gollwitzer et al. 2005 [20] 19 1,00 0,72 0,56 1,00 0,79

Love et al. 2000 [33] 31b 1,00 0,55 0,55 1,00 0,71

Van Acker et al. 2001 [57] 21 1,00 0,73 0,60 1,00 0,81

Van Acker et al. 2001 [57]a 21 1,00 0,80 0,67 1,00 0,86

Zhuang et al. 2001 [61] 36 0,91 0,72 0,59 0,95 0,78a In Kombination mit 3-Phasen Knochenszintigraphie. b Knie- und Hüft-TEP.

Tab. 4 Wertigkeit der mikrobiologischen Kultur von Gelenkpunktaten in der Diagnostik

der Knie-TEP-Infektion

Autor, Jahr Prothesen

(n)

Sensitivität Spezifität PPV NPV Genauigkeit

Barrack et al. 1997 [5] 69 0,55 0,96 0,85 0,84 0,84h

Barrack et al. 1997 [5]d 53 0,75 0,96 0,75 0,96 0,93h

Barrack et al. 1997 [5]e 16 0,42 1,00 1,00 0,36 0,56h

Duff et al. 1996 [13 39 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00g

Fuerst et al. 2005 [16] 75 0,69 0,97 0,85 0,92 0,91g

Glithero et al. 1993 [18] 54a 0,89 0,97 0,94 0,95 0,94g

Kordelle et al. 2004 [29] 39 0,50 1,00 1,00 0,50 0,67f

Johnson et al. 1988 [24] 28a 0,12 0,81 0,25 0,65 0,58h

Levitsky et al. 1991 [31] 72a 0,67 0,96 0,75 0,94 0,91g

Morrey et al. 1989 [41]b 73 0,45 b b b b

Panousis et al. 2005 [45] 92a 0,70 0,95 0,78 0,92 0,90h

Steinbrink u. Frommelt

1995 [52]

2158c 0,82 0,96 0,87 0,94 0,92g

Teller et al. 2000 [53] 166a 0,28 0,99 0,83 0,90 0,90g

Virolainen et al. 2002 [58] 69a 0,75 1,00 - - -a Knie- und Hüft-TEP. b Alle infiziert. c Nur Hüfte. d Ohne vorherige Antibiotikatherapie. e Nach vorheriger Antibiotikatherapie (mindestens 2 Wochen vor Aspiration abgesetzt). f Goldstandard: Histologie.g Goldstandard: intraoperative Kultur (und bei einzelnen Autoren auch klinischer Befund). h Goldstan-dard: intraoperative Kultur und Histologie.

Tab. 5 Wertigkeit der intraoperativen mikrobiologischen Kultur in Übereinstimmung

mit der permanenten Histologie in der Diagnostik der Knie-TEP-Infektion

Autor/Jahr Patienten

(n)

Sensitivität Spezifität PPV NPV Genauigkeit

Atkins et al. 1998 [3] 297a 0,65 0,996 0,96 0,95 0,95e

Kordelle et al. 2004 [29] 50b 0,41 1,00 1,00 0,49 -e

Kordelle et al. 2004 [29] 31c 0,76 0,93 0,93 0,76 -e

Kordelle et al. 2004 [29] 20d 0,25 1,00 1,00 0,67 -e

Panousis et al. 2005 [45] 92a 0,75 0,96 0,75 0,96 0,93f

a Knie- und Hüft-TEPs. b Abstrich. c Inkubation in Blutkulturflasche. d Gewebe. e Goldstandard: Histologie.f Goldstandard: Histologie und Kultur.

911Der Orthopäde 9 · 2006 |

len des geplanten einzeitigen Endoprothe-

senwechsels sowie zur Abklärung bei un-

klarer Infektsituation indiziert.

Die Punktion eines Gelenks mit einlie-

gender Prothese hat aufgrund des erhöh-

ten Infektionsrisikos unter strengsten ste-

rilen Kautelen wie bei einem operativen

Eingriff zu erfolgen! Aufgrund des Konta-

minationsrisikos durch Hautkeime muss

die Bewertung gerade eines positiven mi-

krobiologischen Befunds durch Sapro-

phyten (koagulasenegative Staphylokok-

ken, Propionibakterien, Korynebakte-

rien) kritisch beurteilt und die Punktion

gegebenenfalls wiederholt werden. Durch

Wiederholung der Aspiration kann auch

eine Steigerung der Sensitivität – insbe-

sondere bei Patienten unter laufender

Antibiotikatherapie – erreicht werden [5].

Besteht bei mehreren Proben weiterhin

eine Unsicherheit in der Beurteilung, so

kann eine molekulare Typisierung weitere

Informationen liefern. Generell resultie-

ren aus der Punktion des Kniegelenks we-

niger falsch-positive Befunde als bei Hüft-

punktion, was wahrscheinlich auf die in-

guinal höhere Keimbesiedelung zurück-

zuführen ist [5].

Die Wertigkeit der Gelenkpunktion in

der Diagnostik der Knie-TEP-Infektion

wird nach wie vor nicht einheitlich beur-

teilt, und die vorliegenden Studiendaten

zeigten sehr unterschiedliche Ergebnisse

(. Tab. 4). Diese Unterschiede sind zum

einen durch die Vielzahl verschiedener

Inkubations- und Entnahmeverfahren

verursacht, und zum anderen auf die un-

terschiedlichen Goldstandards zur defini-

tiven Diagnose der TEP-Infektion zurück-

zuführen.

Aufgrund der doch sehr schwanken-

den Sensitivität sollte mit der entgültigen

Diagnosestellung auf den Erhalt der in-

traoperativen Kulturen und insbesonde-

re der permanenten Histologie gewar-

tet werden [32]. Auch in großen Studien

– wie bei Steinbrink u. Frommelt [52] an

>2000 Hüftendoprothesen untersucht –

konnten nur 82% der Infektionen durch

eine präoperative Punktion aufgedeckt

werden. Etwa jede 5. TEP-Infektion bleibt

somit bei der präoperativen Punktion un-

diagnostiziert.

Unbestritten ist die hohe Spezifität bei

positivem Keimnachweis, was zu einer

insgesamt guten Genauigkeit des Verfah-

rens führt (. Tab. 4). Positive Befunde

können jedoch theoretisch immer durch

eine Kontamination bedingt sein, wes-

halb sich der Operateur nicht blind auf

den Punktatbefund verlassen sollte!

Der Einfluss systemischer Antibioti-

ka auf die Wertigkeit der Gelenkpunkti-

on wurde durch Barrack et al. [5] in ei-

ner Studie an insgesamt 69 Patienten un-

tersucht. Aspirate von Patienten ohne po-

sitive Antibiotikaanamnese waren signi-

fikant sensitiver und genauer als Punkti-

onen bei Patienten, welche vorher – auch

mit einem antibiotikafreien Intervall von

>14 Tagen bis zur Punktion – Antibioti-

ka einnahmen (s. . Tab. 4). Ein Absetzen

der Antibiotika 2 Wochen vor Aspiration

konnte die Sensitivität also nur in gerin-

gem Maße steigern [5].

Im Falle eines wiederholt negativen

Keimnachweises bei klinischem Verdacht

auf eine chronische Infektion kann ei-

ne Arthroskopie zur weiteren Diagnos-

tik und Gewinnung von Probenmaterial

in Erwägung gezogen werden. Fuerst et

al. [16] konnten für die mikrobiologische

Untersuchung arthroskopisch gewon-

nener Proben (ohne vorheriges Anfüllen

des Gelenkes mit Spülflüssigkeit) bei 26

untersuchten Knie-TEP eine Sensitivität

von 1,00 bei gleichzeitig hoher Spezifität

nachweisen (Spezifität=0,95, PPV=0,87,

NPV=1,00, Genauigkeit=0,96). Ein wei-

terer Vorteil ist sicherlich die gleichzeitige

Möglichkeit der Gewebegewinnung zur

histologischen Aufarbeitung und die Be-

urteilung des Gelenkbinnenraums.

Die Gramfärbung von Gelenkpunk-

taten und Gewebeproben besitzt für die

Infektdiagnostik aufgrund der geringen

Sensitivität keine Bedeutung [3, 5, 11].

Intraoperativ gewonnene GewebebiopsienFür die Gewinnung intraoperativer Ge-

webeproben zur mikrobiologischen Un-

Tab. 6 Wertigkeit der PCR zum Nachweis von DNA für bakterielle 16S-rRNA in der

Diagnostik der Knie-TEP-Infektion

Autor/Jahr Patienten

(n)

Sensitivität Spezifität PPV NPV Genauigkeit

Kordelle et al. 2004 [28] 50a 0,36 1,00 1,00 0,61 0,68c

Kordelle et al. 2004 [29] 22 0,20 1,00 1,00 0,60 0,62c

Mariani et al. 1996 [35] 50 1,00 0,49 0,41 1,00 0,62b

Panousis et al. 2005 [45] 92a 0,92 0,74 0,34 0,98 0,76d

a Knie- und Hüft-TEP. b Goldstandard: intraoperative Kultur. c Goldstandard: Histologie. d Goldstandard: intraoperative Kultur und Histologie.

Tab. 7 Wertigkeit der Histologie in der Diagnostik der Knie-TEP-Infektion

Autor/Jahr Prothe-

sen (n)

Sensitivität Spezifität PPV NPV Genauig-

keit

Gefrierschnitt

Abdul-Karim et al. 1998 [1]a 64b 0,43 0,97 0,40 0,93 0,91d

Athanasou et al. 1995 [2] 106b 0,90 0,96 0,88 0,98 0,95f

Banit et al. 2002 [4]c 55 1,00 0,96 0,82 1,00 0,96f

Fehring u. McAlister 1994 [14] 107b 0,18g 0,90 0,18 0,90 0,81f

Feldman et al. 1995 [15]a 33b 1,00 0,96 0,90 1,00 0,97f

Feldman et al. 1995 [15]a 33b 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00e

Lonner et al. 1996 [32]a 175b 0,84 0,96 0,70 0,98 -e

Lonner et al. 1996 [32]c 175b 0,84 0,99 0,89 0,98 -e

Pace et al. 1997 [43] 25b 0,82 0,93 0,82 0,86 0,88f

Panousis et al. 2005 [45] 92b 0,92 0,74 0,34 0,98 0,76d

Permanente Histologie

Duff et al. 1996 [13] 55 0,93 0,98 0,93 0,98 0,96

Lonner et al. 1996 [32] 175b 0,94 0,98 0,67 0,99 -f

Panousis et al. 2005 [45] 92b 0,92 1,00 1,00 0,98 0,76d

a >5 PMNs/high power field (x40). b Knie- und Hüft-TEP. c >10 PMNs/high power field (x40). d Goldstan-dard Kombination aus Kultur und permanenter Histologie. e Goldstandard: permanente Histologie.f Goldstandard: mikrobiologische Kultur. g Analyse ohne vorher festgelegte Kriterien.

912 | Der Orthopäde 9 · 2006

Leitthema

tersuchung gilt wie bei der Punktion, dass

zur Vermeidung falsch-positiver Befunde

auf eine streng sterile Entnahme geachtet

werden muss. Dies bedeutet, dass wäh-

rend der Probenentnahme jeglicher Kon-

takt mit der Haut des Patienten oder mit

Handschuhen vermieden werden sollte.

Zur Vermeidung von Kreuzkontami-

nationen sollte jeweils das Entnahme-

instrument gewechselt werden. Die Ent-

nahme multipler Proben wird empfohlen

(>5), da hierbei zum einen das Risiko eines

falsch-negativen Befundes reduziert wer-

den kann, zum anderen die Differenzie-

rung von Kontamination und echter In-

fektion vereinfacht wird [3]. Die alleinige

Materialentnahme mittels Abstrichtupfer

hat sich nicht als suffizient herausgestellt,

hier sollte zudem Gewebe von repräsenta-

tiven Lokalisationen entnommen werden

(Abszessmembran, Sequester, Knochen-

Implantat-Interface).

Die in . Tab. 5 angegebenen Studien-

ergebnisse zur Wertigkeit der intraopera-

tiven Mikrobiologe sind weniger als echte

Sensitivitäten und Spezifitäten zu sehen,

sondern mehr als Korrelation von intra-

operativer Kultur und Histologie, welche

regelhaft als Goldstandard herangezogen

werden.

Von Tunney et al. [56] wurde die Ein-

sendung des explantierten Kunstgelenks

zur aeroben und anaeroben mikrobiolo-

gischen Untersuchung empfohlen. Nach

den vorliegenden Ergebnissen konnte da-

durch ein Keimnachweis bei >70% der

angeblich „aseptischen“ Endoprothesen-

lockerungen der Hüfte erbracht werden.

Die Interpretation dieser Resultate und

die klinische Relevanz bleiben abzuwar-

ten.

PolymerasekettenreaktionBei der Polymerasekettenreaktion (PCR,

polymerase chain reaction) macht man

sich einer DNA-Amplifikationstechno-

logie zum Nachweis bakterieller DNA in

Synovia und periprothetischem Gewebe

zu Nutzen. Über repetitive Zyklen einer

primergestützten DNA-Synthese gelingt

eine Verstärkung einer spezifischen „Vor-

lage-DNA“ (Template). Der Nachweis die-

ser Template-DNA ist bereits mit sehr ge-

ringen Bakterienmengen möglich, theore-

tisch ist eine einzige Kopie des Genmateri-

als ausreichend [35]. Diese hohe Empfind-

lichkeit des Verfahrens ist auch der Grund

für die große Anfälligkeit durch Konta-

mination. Typischerweise wird der Nach-

weis eines Gens angestrebt, welches für

die bakterielle ribosomale 16S-RNA (16S-

rRNA) kodiert. Ein positiver PCR-Befund

ist somit hinweisend auf vorliegende bak-

terielle DNA, jedoch unspezifisch für die

verschiedenen Bakterienspezies.

Bei der PCR handelt es sich um ein

schnelles und sensitives Verfahren, wel-

ches jedoch für Knochen- und Gelenkma-

terialien (mit Ausnahme der M.-tubercu-

losis-PCR) noch nicht validiert oder zu-

gelassen wurde [17]. Aufgrund des Nach-

weises von bakterieller DNA und DNA-

Fragmenten gelingt der PCR keine Aus-

sage über die klinische Relevanz und die

Replikationsfähigkeit der nachgewiesenen

Bakterien. So kann die PCR auch nach

antibiotischer Eradikation von Bakterien

noch ein positives Ergebnis durch Repli-

kation verbliebener DNA-Fragmente lie-

fern.

Wie . Tab. 6 zeigt, beruht die Bewer-

tung der PCR in der Diagnostik der TEP-

Infektion auf sehr unterschiedlichen Er-

fahrungen, weshalb nach der bisherigen

Studienlage keine valide Aussage zur Wer-

tigkeit getroffen werden kann. Schwie-

rigkeiten bereitet häufig die Differenzie-

rung von richtig-positiven Befunden und

falsch-positiven Befunden aufgrund von

Kontaminationen. „Falsch-positive“ Be-

funde bei negativer mikrobiologischer

Kultur können durch Kontamination,

aber auch durch niedrig virulente Orga-

nismen, geringe Bakterienzahlen, eine

starke Immunabwehr und den Nachweis

bakterieller Fragmente ohne klinische Re-

levanz verursacht werden.

Hier stellt sich auch die Frage, ob die

Häufigkeit der septischen Endoprothe-

senlockerung nicht bislang weitgehend

unterschätzt wurde. So konnten mittels

PCR wesentlich höhere Raten an bakte-

rieller Besiedelung von bislang als „asep-

tisch“ eingestuften Endoprothesenlocke-

rungen nachgewiesen werden [8, 56]. Die

klinische Relevanz dieser Beobachtungen

ist jedoch bisher unklar.

Zur Reduzierung des Risikos falsch-

positiver Befunde kann der direkte Nach-

weis von bakterieller rRNA als Ausdruck

transkriptionsfähiger Bakterien an-

gestrebt werden. Des Weiteren wird häu-

fig ein Schwellenwert des PCR-Signals zur

Differenzierung von Kontamination und

echtem Befund in der Größe von 10 lysier-

ten Bakterienzellen festgelegt [35]. Falsch-

negative Befunde können durch Polyme-

raseenzyminhibitoren in der Synovia oder

durch Verluste aufgrund von Fehlern in

der PCR-Durchführung verursacht wer-

den.

Bisher kann die PCR aufgrund der

nicht unwesentlichen Kosten und der un-

sicheren Sensitivität und Spezifität nicht

als Standardverfahren in der Infektdi-

agnostik nach Knie-TEP empfohlen wer-

den. Indikationen bestehen in der Dia-

gnosesicherung bei fortbestehendem kli-

nischen Verdacht trotz wiederholt nega-

tiver Kulturen, und insbesondere bei „ste-

rilen Infektionen“, wie sie z. B. durch (aty-

pische) Mykobakterien verursacht werden

können [21].

Zytologie und Histologie

Synoviale ZellanalyseDie zytologische Analyse des Gelenkpunk-

tats stellt ein einfaches und weitgehend

unterschätztes Diagnostikum der Endo-

protheseninfektion dar. Mit der Punktion

des Gelenks für die mikrobiologische Un-

tersuchung empfiehlt sich die begleitende

zytologische Evaluation. Dazu sollte die

Gelenkflüssigkeit in einem EDTA-Röhr-

chen gesammelt werden und auf erhöhten

Proteingehalt, erniedrigte Glukosewerte,

sowie v. a. auf eine Vermehrung der Leu-

kozytenzahlen und einen erhöhten Anteil

polymorphkerniger neutrophiler Granu-

lozyten hin untersucht werden.

Trampuz et al. [54] konnten bei

133 Patienten aussagekräftige Ergeb-

nisse für eine periprothetische Infektion

mit Grenzwerten der Leukozytenzahlen

von >1,7×103/μl (Sensitivität=94%, Spe-

zifität=88%, PPV=0,73, NPV=0,98) und

einem Anteil der neutrophilen Granulo-

zyten von mehr als 65% (Sensitivität=97%,

Spezifität=98%, PPV=0,94, NPV=0,99)

nachweisen [54]. Aufgrund der häufig

niedrigen Virulenz der Erreger bei Pro-

theseninfekten müssen den Autoren zu-

folge auch die Grenzwerte verglichen mit

nativen Gelenken niedriger angesiedelt

werden.

Mason et al. [37] bestätigten die Nütz-

lichkeit der Leukozytenanalyse im Ge-

lenkpunktat und empfahlen als Grenz-

werte ≥2,5×103 Leukozyten/μl und einen

Anteil von ≥60% polymorphkernigen

Zellen. Für die Kombination beider Kri-

terien fand die Arbeitsgruppe eine Sen-

sitivität von 0,98 bei einer ebenfalls sehr

hohen Spezifität von 0,95 (PPV=0,91,

NPV=0,82). Bei entzündlichen Grunder-

krankungen (z. B. rheumatoide Arthritis)

ist die zytologische Analyse der Gelenk-

flüssigkeit hingegen nur eingeschränkt

aussagekräftig.

HistologieWie bei der mikrobiologischen Untersu-

chung wird auch zur histologischen Aus-

wertung die Entnahme multipler Proben

empfohlen. Entscheidend ist auch hier

die Entnahme des Gewebes aus repräsen-

tativen Arealen, um falsch-negative Be-

funde zu vermeiden [14, 32]. Die histolo-

gische Beurteilung erfolgt zumeist nach

den Kriterien von Mirra et al. [39, 40] mit

der Auswertung von mindestens 5 „high

power fields“. Dabei erfolgt die Auszäh-

lung der neutrophilen Granulozyten im

Gewebe (nicht in Fibrin), ein positiver

Befund entspricht einer Zahl von >5 bzw.

>10 neutrophilen Granulozyten pro „high

power field“ (40fache Vergrößerung) [32,

39, 40].

Generell können der intraoperative

Gefrierschnitt und die permanenten His-

tologie differenziert werden. Für die in-

traoperative Gefrierschnittuntersuchung

konnte regelrecht eine hohe Korrelation

mit der mikrobiologischen Kultur nach-

gewiesen werden (. Tab. 7). Die intra-

operative Gramfärbung besitzt aufgrund

der geringen Sensitivität keine Bedeutung

[3].

Verglichen mit der Gefrierschnittun-

tersuchung gilt die permanente Histolo-

gie als das sicherere Verfahren, da nicht

nur wenige Bereiche untersucht werden,

sondern eine sequentielle Analyse des ge-

samten Gewebes erfolgt. Die in . Tab. 7

angegeben Werte für die Histologie zei-

gen durchwegs eine hohe Genauigkeit des

Verfahrens, weshalb die Histologie noch

am ehesten als alleiniger Goldstandard

angesehen werden kann. Jedoch werden

auch bei diesem Verfahren keine 100%ige

Sensitivität und Spezifität erreicht.

Diskussion

Obwohl die Endoprotheseninfektion so

alt ist wie die Kniegelenkendoprothetik

selbst, herrscht nach wie vor weder ein

Konsens über die Diagnostik, noch über

die beste Therapie. Kein diagnostisches

Verfahren besitzt alleine eine 100%ige

Sensitivität und Spezifität. Dies führt folg-

lich zu Unsicherheiten in der Interpreta-

tion der Studienergebnisse zu diagnosti-

schen Verfahren, da selbst die Goldstan-

dards (meist intraoperative Kultur oder

Histologie) nur eingeschränkte Gültigkeit

besitzen.

Zur validen definitiven Diagnosestel-

lung der Knie-TEP-Infektion wird eine

Zusammenschau der verschiedenen Be-

funde aus Laborwerten, Mikrobiologie,

Histologie, intraoperativen Befunden und

Nachbeobachtung empfohlen. Hier sollte

ein einheitlicher Konsens zur Vergleich-

barkeit zukünftiger Studien angestrebt

werden.

Für die einzelnen diagnostischen Ver-

fahren liegen häufig Studien mit erstaun-

lichen Unterschieden zur Wertigkeit der

Verfahren vor. Derart gravierende Unter-

schiede sind neben den unsicheren Gold-

standards vor allem auf zu kleine Pati-

entenkollektive zurückzuführen. Einzel-

ne Patienten haben dadurch einen deut-

lichen Einfluss auf die Resultate. Für die

valide Beurteilung diagnostischer Verfah-

ren sind große Studien notwendig, welche

aufgrund der allgemein geringen Infekti-

onsrate als Multicenterstudien angelegt

werden müssen.

Unterschiede in den Studienergeb-

nissen sind auch durch die individuellen

Entscheidungsgrenzen zwischen „infi-

ziert“ und „nicht infiziert“ zurückzufüh-

ren, welche gerade bei neueren Verfah-

ren wie der FDG-PET subjektiv oder gar

retrospektiv festgelegt werden. Bei nied-

rigen Schwellenwerten wird meist eine

hohe Sensitivität bei niedriger Spezifität

erreicht, hohe Schwellenwerte führen zu

gegenteiligen Ergebnissen.

Ferner werden die Ergebnisse entschei-

dend durch die Patientenauswahl beein-

flusst. So berichten retrospektive Untersu-

chungen zu invasiven und nuklearmedizi-

nischen Verfahren regelhaft über ein vorse-

lektiertes Patientengut, da gerade Patienten

mit unsicherer Infektsituation diesen zu-

914 | Der Orthopäde 9 · 2006

Leitthema

sätzlichen Verfahren unterzogen wurden.

Andererseits ist aber gerade das Patienten-

gut mit klinisch und laborchemisch unsi-

cherem Infektstatus für die weiteren dia-

gnostischen Untersuchungen relevant.

Zusammenfassend kann man fest-

halten, dass eine BSG<10 mm/h und ein

CRP<0,5 mg/dl einen periprothetischen

Infekt bereits mit relativ hoher Sicherheit

ausschließen. Bei klinischem Verdacht

oder Erhöhung der Entzündungsparame-

ter sollte eine präoperative Gelenkpunkti-

on zur Diagnosesicherung durchgeführt

werden. Hier sollte neben der mikrobio-

logischen Untersuchung eine zytologische

Auswertung erfolgen. Die mikrobiolo-

gische Untersuchung besitzt trotz einge-

schränkter Sensitivität aufgrund der hohen

Spezifität und der Möglichkeit der präope-

rativen Keimdifferenzierung einen hohen

Stellenwert. Bei fortbestehender diagnosti-

scher Unsicherheit besteht die Möglichkeit

der nuklearmedizinischen Untersuchung

mittels sequentieller Leukozytenszintigra-

phie, AGS oder FDG-PET. Die neueren

Verfahren AGS und FDG-PET könnten

Vorteile in der Diagnostik der Knie-TEP-

Infektion haben, jedoch müssen die vor-

liegenden Daten noch in größeren Studi-

en bestätigt werden.

Intraoperativ empfiehlt sich die mikro-

biologische und histologische Auswertung

mehrerer Proben, zur definitiven Festle-

gung des operativen Procederes kann bei

Unsicherheit auch noch die Gefrierschnitt-

untersuchung herangezogen werden. In-

wieweit eine mikrobiologische Untersu-

chung des Explantats und die PCR Bedeu-

tung erlangen, bleibt abzuwarten.

Ebenso kann die Entwicklung neuerer

Verfahren wie die Genexpressionsanaly-

se mittels Genchips mit Spannung erwar-

tet werden. In einer ersten Arbeit konnten

Deirmengian et al. [10] ausgezeichnete Re-

sultate in der Diagnostik bakterieller Ar-

thritiden erzielen. Durch eine Analyse des

Genexpressionsmusters der Leukozyten in

synovialer Flüssigkeit gelang eine sichere

Unterscheidung von septischer Arthritis

und gichtbedingter Entzündungsreaktion.

Anhand des eingesetzten Genchips konn-

te die Expression von nicht weniger als 1615

Genen untersucht werden.

Fazit für die Praxis

Trotz der Entwicklung moderner dia-

gnostischer Verfahren wie FDG-PET und

PCR stellt die sichere präoperative Di-

agnostik der Knie-TEP-Infektion eine

große Herausforderung dar. Basis der

Infektionsabklärung bleibt neben der

Anamnese und der klinischen Unter-

suchung die Bestimmung der Entzün-

dungsparameter, und hier insbesondere

von BSG und CRP. Eine normale BSG bei

normalem CRP schließt einen Infekt mit

relativ großer Sicherheit aus. Bei klinisch

weiter bestehendem Infektverdacht kön-

nen die nuklearmedizinischen Untersu-

chungen und hier v. a. die AGS und die

FDG-PET zum Infektausschluss genutzt

werden. Bei positiven Befunden emp-

fiehlt sich die mikrobiologische Abklä-

rung, um anhand der hochspezifischen

präoperativen Punktion nicht nur die Di-

agnose zu sichern, sondern auch den

Keimnachweis zu führen.

Eine zytologische Untersuchung des

Punktats mit Nachweis erhöhter Leuko-

zytenzahlen und eines gesteigerten An-

teils an polymorphkernigen neutrophi-

len Granulozyten (>65%) besitzt nach

der vorliegenden Datenlage eine gu-

te Aussagekraft. Besteht ein Verdacht

auf Infektion und gelingt ein präopera-

tiver Keimnachweis nicht, so sollte intra-

operativ der diagnostische Verdacht mit-

tels histologischer Gefrierschnittuntersu-

chung erhärtet oder widerlegt werden.

Die endgültige Diagnose kann letztend-

lich nur mittels Histologie und intraope-

rativer Bakterienkultur gesichert werden.

Als wesentliches Fazit bleibt anzumer-

ken, dass eine vorausgehende (unge-

zielte) antibiotische Therapie die Sen-

sitivität der mikrobiologischen Verfah-

ren signifikant herabsetzt und möglichst

erst nach erfolgter Probenentnahme be-

gonnen werden sollte. Aufgrund der ge-

ringen Proliferationsrate der meist nied-

rig virulenten Erreger implantatassozi-

ierter Infektionen sollte eine Inkubation

des Probenmaterials auf verschiedenen

Nährmedien (flüssig, fest, anaerob, ae-

rob) über mindestens 14 Tage erfolgen.

Gelenkpunktate sollten zusätzlich zyto-

logisch untersucht werden. Intraopera-

tiv sollten mindestens 5 Proben aus ver-

schiedenen repräsentativen Arealen as-

serviert und sowohl mikrobiologisch als

auch histologisch analysiert werden. Die

nuklearmedizinischen Verfahren kön-

nen meist nur bei negativen Befunden zu

einem relativ sicheren Infektausschluss

beitragen, positive Ergebnisse sollten im-

mer in Zusammenschau mit den anderen

Befunden kritisch beurteilt werden.

Korrespondierender AutorDr. H. GollwitzerAbteilung für Unfall- und Wiederherstellungs-chirurgie, Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik, Prof.-Küntscher-Straße 8, 82418 Murnau/ [email protected]

Interessenkonflikt. Es besteht kein Interessenkon-

flikt. Der korrespondierende Autor versichert, dass kei-

ne Verbindungen mit einer Firma, deren Produkt in

dem Artikel genannt ist, oder einer Firma, die ein Kon-

kurrenzprodukt vertreibt, bestehen. Die Präsentation

des Themas ist unabhängig und die Darstellung der In-

halte produktneutral.

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