Periacetabular bone metabolism following hip revision surgery

Summary

The treatment of loosened total hip replacement (THR) acetabular components may require the management of severe bone defects. Although being applied for decades, there is only limited scientific data about the osteointegration of cancellous bone allografts (CBA) and other void fillers. Monitoring of periprosthetic bone regeneration could possibly help to optimize this process thereby reducing late failure rates. The aim of this study was to show osteometabolic changes in periprosthetic CBA after THR revision with the use of sodium-[¹⁸F]-fluoride (NaF) and positron emission tomography (PET). Patients, methods: Twelve patients undergoing THR revision with the use of CBA were prospectively enrolled in the study. Nine patients completed all necessary examinations and were included in the evaluation. The temporal pattern of osteointegration was assessed via NaF-PET at one (PET1) and six weeks (PET2) after surgery. CBA, tantalum implants, supraacetabular regions ipsilateral and contralateral, and parasymphyseal pubic bones were delineated as volumes of interest (VOI) in postop CT scans, which were then merged with the PET data. Results: In comparison to the contralateral supraacetabular reference bone, a significant 1.5-fold increase of osteometabolic activity from PET1 to PET2 was seen in the CBA region. Also, the ipsilateral supraacetabular host bone showed a higher NaF-in- flux in week 6, compared to the first postoperative week. The supraacetabular site exhibited a significantly 1.8- to 2-fold higher influx and uptake than bone regions in non-operated sites. Tantalum implants had a low NaF influx at both time points investigated. Conclusion: Using NaF-PET osteometabolic changes of CBA and implant- bone-interfaces can be monitored. Applying this method we demonstrated early periprosthetic temporal bone regeneration patterns in THR cup revision patients.

Zusammenfassung

Die Herausforderung in der operativen Versorgung gelockerter Hüftendoprothesen besteht im Management großer acetabulärer Knochendefekte. Eine Standardmethode zum Füllen dieser Defekte stellt die Verwendung von allogener Spongiosa dar. Über die osteometabolische Potenz dieses Verfahrens in der klinischen Situation existieren jedoch keine funktionellen Messdaten. Dabei würde gerade ein Monitoring der Knochenregeneration nach Implantation von Allograft-Spongiosa helfen, den Einheilungs- prozess zu optimieren. Das Ziel der vorliegenden Studie war, in einem Pilotmodell die os- teointegrative Einheilung von Allograft-Spon- giosa mittels NaF-PET in einem standardisierten Modell prospektiv zu untersuchen. Patienten, Methoden: Zwölf Patienten, die einer Hüf- tendoprothesen-Wechseloperation mit Auffüllung eines großen Knochendefektes unterzogen wurden, nahmen an der Studie teil. Neun dieser Patienten konnten alle relevanten Untersuchungen abschließen und wurden in die Studie eingeschlossen. Es wurden NaF-PET- Untersuchungen in der ersten (PET1) und sechsten (PET2) postoperativen Woche durchgeführt. Die allogene Spongiosa, Tantal-Implantate, die supraacetabuläre Knochenregion ipsi- und kontralateral und die parasymphyse- al gelegenen Knochenstrukturen wurden in den postoperativen CT-scans erfasst und mit den PET-Daten abgeglichen. Ergebnisse: Im Vergleich zur kontralateralen supraacetabulä- ren Referenzregion, zeigte sich ein signifikanter, 1,5-facher Anstieg der Knochenstoffwechselaktivität in der implantierten Spongioso- plastik von PET1 zu PET2. In der supraaceta- bulären Beckenregion der operierten Seite, außerhalb der Spongiosaplastik, konnte im Verlauf ebenfalls eine Steigerung der Stoffwechselaktivität beobachtet werden. Die supraace- tabuläre Region der operierten Seite zeigte einen signifikant 1,8- bis 2-fach höheren NaF- Einstrom als die pubischen Kontrollregionen. In Tantal-Implantaten konnte zu beiden Untersuchungszeitpunkten nur ein niedriger NaF- Einstrom gemessen werden. Schlussfolgerung: Die osteometabolischen Veränderungen in der allogenen Spongiosa und im Grenzbereich zum Implantat können zuverlässig orts- und zeitaufgelöst mittels NaF-PET gemessen werden. Wir konnten mit dieser Methode eine Aktivierung der periprothetischen Knochenregeneration zu einem frühen Zeitpunkt nach der Operation zeigen.

Keywords

Allograft - NaF-PET - bone metabolism - endoprosthesis - acetabular

Schlüsselwörter

Hüftendoprothetik - Knochendefekt - Allograft - PET - Revision

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