1. No category

Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose
Knogleskintigrafi og proteseløsning
Arne Borgwardt
Ortopædkirurgisk afdeling
Frederiksberg Hospital
Frederiksberg Hospital
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
1.
2.
3.
4.
5.
6.
•
•
•
Metoder til fiksation af implantater
Fiksation af implantater
Løshed
Wolffs lov
Slidpartikler
Biologisk reaktion på slidpartikler
Scintigrafi
–
–
Titanium beads
Titaneum mesh
Trabecular metal tantalum
Hyproxyapatit coating
Knoglecement (polymethylmethacrylat)
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Metoder til fixation af implantater
•
Makroskopisk fiksation
Porous coating
•
•
•
•
•
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Press fit
Skruefiksation
Appositionel knogle indvækst
Metoder til fiksation af implantater
Press fit
– Implantatet udformes, så det fikseres ved
nedpresning i knoglen
•
•
Dobbelt kile
Kegle
– Metoden forudsætter kræfter som presser knogle
og protese sammen
•
•
•
•
Press fit
– Fiksationstypen er trykstabil og rotationsstabil,
men er ikke trækstabil
– Eksempel: Austin Moore hofteprotesen
Gravitation
Muskulære kræfter
Elastiske kræfter
1
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Metoder til fiksation af implantater
Austin – Moore
protese (1952)
Hemialloplastik til collum
femoris frakturer
•
Skruefiksation
– Implantatet er udformet med gevind eller fikseres
med løse skruer
– Eksempler:
Press fit
•
•
•
Co-Cr-Mo legering
eller stål 316L
Kent hofteprotesen (Biomet)
Bicon – plus skruecup (Smith&Nephew)
Biomet skruecup
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Kent Hip
Bicon- plus
skruecup
Revisionsprotese
Biomet
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Biomet
skruecup
Smith&Nephew
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Metoder til fiksation af implantater
•
Appositionel knogle indvækst
– Protesens ujævne overflade sikrer fiksation, når
knoglevævet vokser ind omkring protesen
•
Makroskopisk indvækst
– Eksempel: Judet hofteprotesen
2
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Judet hofteprotese
•
1971
Metoder til fiksation af implantater
Appositionel indvækst
– Protesens overflade sikrer fiksation, når
knoglevævet vokser ind omkring protesen
Overfladen raspet
•
Mikroskopisk indvækst
– Eksempel: Titanium beads som porous
coating
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Porous coating
Titanium beads
ca. 300µm
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Metoder til fiksation af implantater
•
Appositionel knogle indvækst
– Protesens overflade sikrer fiksation, når
knoglevævet vokser ind omkring protesen
•
Mikroskopisk indvækst
– Eksempel: Trabeculært metal Tantalum
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Porous coating
Trabecular metal
Tantalum
Zimmer
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Metoder til fixation af implantater
•
Appositionel knogle indvækst
– Protesens overflade sikrer fiksation, når
knoglevævet vokser ind omkring protesen
•
Mikroskopisk indvækst
– Eksempel: hydroxyapatit coating
3
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Hydroxyapatit
coating
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Metoder til fixation af implantater
•
GT H3 stem
Genesis
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Refobacin R & Biomet
Bone Cement R
Gentamycinholdig
højviskøs knoglecement
Knoglecement (polymethylmethacrylat),
materialet kendes som plexiglas.
– Cementen fungerer som en 2-komponent filler og
har beskeden klæbeevne
– En ru sandblæst overflade på protesen sikrer
fixation mellem protese og cement
– Trykcementering sikrer at cementen presses ud i
den porøse knogle (3. generations cementering)
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Metoder til fixation af implantater
•
•
•
Press fit
Skruefiksation
Appositionel knogle indvækst
–
–
Makroskopisk fixation
Porous coating
•
•
•
•
•
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Metoder til ossøs fiksation af implantater
•
Ofte anvendes en kombination af teknikkerne
– For eksempel en såkaldt hybrid B:
•
•
•
•
Bitapered femurstem
Porous coated
Hydroxyapatit coated
Cementeret cup i plast, UHMWPE (Ultra High
Molecular Weight Poly Ethylene) uden metalskål
Titanium beads
Titaneum mesh
Trabecular metal tantalum
Hyproxyapatit coating
Knoglecement (polymethylmethacrylat)
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
All-Poly Eska
UHMWPE
Bimetric
Porous coated
Hydroxyapatit coated
4
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
All-Poly Eska
Metoder til ossøs fixation af implantater
•
UHMWPE
Et særligt koncept er Exeter hofteprotesen
Exeter stem
– Bitapered poleret femurstem i stål 316L
– Stemmet cementeres fast i femur, men det
polerede stem er kun tryk og rotationsstabilt
– Stemmet er løst for trækkræfter
– Cementered cup i plast, UHMWPE (Ultra
HighMolecular Weight Poly Ethylene) uden
metalskål
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Poleret stål 316L
Stryker
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Proteseløsning
Proteseløsning
•
Protesen bevæger sig i forhold til knoglen
ved normale belastninger
Løsning kan finde sted ved:
•
Ucementeret protese:
– Protese – knogle
Cementeret protese:
– Cement – knogle
– Cement - protese
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
•
•
•
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Proteseløsning
•
Protesen bevæger sig i forhold til knoglen ved
normale belastninger
Normale statiske belastninger varierer meget i
kroppens led
•
–
–
–
Proteser i ikke-vægtbærende knogler påvirkes normalt af
relativt små kræfter f. eks. 100 – 300N
Vægtstangsarme kan dog øge belastningen væsentligt
I vægtbærende knogler kan vægtstangsarme medføre
statiske belastninger, som er i størrelseordenen 3000N
Protesen bevæger sig i forhold til knoglen
ved normale belastninger
Bevægelsen er af en sådan størrelsesorden, at
makro- eller mikrofiksationen er bristet, for
praktiske formål > 100µm
Bevægelsen kan finde sted i alle planer,
oftest longitudinelt eller torsionelt i
rørknogler
Proteseløsning
•
Normale dynamiske belastninger er
væsentligt større, men ofte af kort varighed.
– Spidsbelastningen i et hofteled er målt til
11000N (G Bergmann 2010)
– Det axiale torsionsmoment i en lårbenprotese er
ved almindelig gang i størrelsesordenen 20Nm,
men kan ved f.eks. trappegang øges væsentligt.
5
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Wolff’s lov
Mechanoreceptorer
Wolff’s lov (1870)
•
Knoglevævets reaktion på
mekaniske stimuli
–
–
–
Mekanisk adaptation til ændret
belastning
Øget belastning giver vækst af
knoglen med trajektoriel
orientering af knoglebjælkerne som
øger brudstyrken
Reduceret belastning giver øget
knogleresorption og nedsat
brudstyrke
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
•
•
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Wolff’s lov
Mechanoreceptorer
•
•
•
Osteocytterne registrerer mekanisk
belastning gennem væskeflow i canaliculi og
sender parakrine signaler til osteoblaster og
osteoclaster (Jørgensen NR et al 1997)
Belastning stimulerer osteoblaster og
hæmmer osteoclastaktiviteten
Wolff’s lov
Mechanoreceptorer
•
Cyklisk 10Hz dynamisk loading gav den største
vækststimulation (Robling AG 2002)
Sclerostin dannes i osteocytten og hæmmer
knoglevækst (Bellido T et al 2005)
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
•
Osteocytterne danner et netværk i knoglen
med lange dendriter i canaliculi.
Ved belastning sendes et calcium signal fra
celle til celle gennem dendriterne eller
ekstracellulært gennem frigivelse af ATP
som bindes på P2Y receptorer på naboosteocytternes overflade. (Jørgensen NR et al
1997)
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Slidpartikler
Slidpartikler
Aseptisk løsning skyldes
Aseptisk løsning begrænser holdbarheden af
ledproteser, og er hovedårsagen til revision
I de første år ved en primært solidt fikseret
protese genereres hovedparten af
slidpartiklerne fra bevægelsen mellem
leddets slidflader
Senere når komponenterne er løse dannes der
også slidpartikler i interfaserne
– Mekanisk svigt ved de fikserende overflader
– Mekanisk slid fra leddets overflader
– Slidpartikler leder til osteolyse ved at
•
•
aktivere makrofager, som frigør cytokiner, der øger
osteoklast aktiviteten
Metalioner virker som haptener og aktiverer TH1
lymfocytter, som hæmmer osteoblasterne
•
•
6
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Slidpartikler
•
•
•
Ca. 300.000 partikler dannes fra ledfladerne
ved hvert skridt
Polyetylen (UHMWPE) og metal partikler
dannes i stort tal og bliver fagocyteret af
makrofager
Partikler mellem 0,2 – 10µm fagocyteres,
mens større partikler inkluderes i
kæmpeceller
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Slidpartikler
•
•
•
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Slidpartikler
•
Abrasivt dannes slidpartikler
–
–
–
–
•
Fra lejets overflader
Ved impingement i kugleled
Ved mikroseparation under svingfasen
Ved slid på bagsiden mellem plast og metalflade
Tredie legeme slid opstår især fra korrosion,
idet især metaloxider har meget stor hårdhed
Metal-metal lejer (Co-Cr-Mo) danner mindre
partikler i størrelsen 0,02 – 0,08µm
Metalpartikler er også i stand til at stimulere
makrofager til at afgive inflammatoriske
cytokiner
Metalpartikler opstår også ved
korrosionsdebris på grund af urenheder i
legeringen
Slidpartikler
•
Slidpartikler kan også dannes i løse
implantater ved mikrobevægelser i interfasen
mellem
1. Ucementerede proteser:
– knogle-protese
2. Cementerede proteser:
– protese-cement
– cement-knogle
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Slidpartikler
•
Smøringen i lejet kan enten være
– Abrasiv eller grænseflade smøring
– Adhesiv eller smøring ved væskefilm
• Faktorerne der bestemmer smøringen kan
illustreres i Stribeck diagrammet, hvor
friktionen er vist som funktion af
væskefilm og hastighed
A: normal wear. B: micro-separation. C: third-body wear D: neck -socket impingement. E: backside wear
7
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Lubrication
Slidpartikler
THE STRIBECK CURVE
•
• h er afstanden i leddet
• Ra er ruheden på leddets 2 flader
(friction)
Fluid lubrication(aquaplaning)
λ = h/((Ra1)2 +(Ra2)2)½
λ = 1 er grænseflade smøring og giver
abrasivt slid
λ = 3 er film smøring og giver adhæsivt slid
(speed)
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Slidpartikler
•
•
•
•
Galvanisk korrosion reduceres af metaloxider
(CrO2 or TiO2)
Grube korrosion skabes af urenheder i
legeringen (Koerten H K et al 2001)
Gnidnings korrosion opstår i leddet, når
metaloxider gnides af ved abrasivt slid
Krybekorrosion opstår i spalten mellem
modulære metaldele, især ved forskellige
metaller
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Biologisk reaktion på slidpartikler
Aseptisk løsning
•
•
Aseptisk løsning
Osteoclast progenitor celler (OCP) rekruttes
til proteseomgivelserne og differentierer til
osteoclaster(OC)
osteoclaster(OC)
Osteoclaster danner resorptions gruber, hvor
Cathepsin K, tartrattartrat-resistent sur fosfatase
(TRAP), and carboanhydrase II (CAII)
secerneres
De aktiverede makrofager frigør
proinflammatoriske cytokines:
– TNF-α
– IL-1, IL-6, IL-8, IL10, IL-12, IL-15
– RANKL,
– IFN- α, IFN-β
som stimulerer osteoklasterne
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Biologisk reaktion på slidpartikler
Biologisk reaktion på slidpartikler
•
Lambda er udtryk for slidforholdene i leddet
•
•
Aseptisk løsning
Osteoklast modning og aktivering skabes ved
interaktion mellem RANKL (Receptor
Activator of Nuclear factor κB ligand) med
OCP receptor RANK (Receptor Activator of
Nuclear factor κB).
Osteoprotegerin (OPG), en decoy receptor
for RANKL, hæmmer dette,
dette, ligesom IFNγ
IFNγ,
der kan aktiveres af TH1 lymfocytterne.
lymfocytterne.
8
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Alval reaction
The allergic response from metals arises
when metals acts as haptens:
haptens:
– A small molecule that reacts with a specific
antibody but cannot induce the formation of
antibodies unless bound to a carrier protein or
other large antigenic molecule.
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Metalion fungerer som hapten ved kobling til ferritin
(Ni)
Co Cr
(V)
Ti
Schematic diagram
of the inflammatory
and peri-implant
cytokine release
cascade associated
with activation of
Th1 lymphocytes,
and the inhibitory
effects on bone
function.
Mo
Metal
ion
Metal
oxid
+
J Orthop Surg. 2008; 3: 6.
Published online 2008 February 13. doi: 10.1186/1749-799X-3-6.
Copyright © 2008 Hallab et al; licensee BioMed Central Ltd.
Metal
slid
partikel
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Schematic diagram
of the inflammatory
and peri-implant
cytokine release
cascade associated
with activation of
Th2 lymphocytes
and the stimulatory
effects on bone
function.
J Orthop Surg. 2008; 3: 6.
Published online 2008 February 13. doi: 10.1186/1749-799X-3-6.
Copyright
© 2008 Hallab et al; licensee BioMed Central Ltd.
Scintigrafi
•
•
•
•
Øget belastning ved implantation af protese
giver øget knoglemetabolisme
Tilstanden anses normalt for stationær efter
ca.2 år for hofteproteser og ca.5år for knæ
Remodelleringen varer længst ved
ucementerede proteser
Slidinduceret senere osteolyse med
proteseløshed øger også belastningen af
knoglevævet.
9
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
•
•
•
Scintigrafi
Proteseløshed og scintigrafi ved andre
ledproteser er kun undersøgt i meget
begrænset omfang
Aseptisk og septisk løsning med lavvirulente
mikroorganismer kan vanskeligt skelnes med
parakliniske undersøgelser præoperativt.
Diagnosen stilles ved 3 ud af 5 positive
dyrkninger fra peroperative ledbiopsier inden
antibiotica er givet
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Scintigrafi
•
•
• Tidligere velfungerende implantat begynder at
give smerter
– Radiologisk opklaring >2mm mellem
cement og knogle eller osteolytiske lacunae
– Opladning ved scintigrafi
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Scintigrafi
•
•
Klinisk praksis ved obs. proteseløshed
Cementerede hofteimplantater
– Anamnese
• Tidligere velfungerende implantat begynder at
give smerter
– Radiologisk opklaring mellem cement og
protese og evt. proximal osteolyse
– Usikker opladning ved scintigrafi
Klinisk praksis ved obs. proteseløshed
Cementerede hofteimplantater
– Anamnese
Scintigrafi
•
•
Klinisk praksis ved obs. proteseløshed
Ucementerede hofteimplantater, sen løsning
– Anamnese
• Tidligere velfungerende implantat begynder at
give smerter
– Radiologisk opklaring mellem protese og
knogle ofte lineær senere lacunær
– Opladning ved scintigrafi
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Scintigrafi
•
•
Klinisk praksis ved obs. proteseløshed
Ucementerede hofteimplantater, ingen
indvækst
– Anamnese
• Implantatet har givet smerter fra operationen
smerter
– Radiologisk opklaring mellem protese og
knogle ofte lineær senere lacunær
– Opladning ved scintigrafi
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Aseptisk løsning
Gallo J et al. 2004
27hofter. >23mdr.
Sensit.
Specif.
accuracy
Pos.
Neg.
prediktiv prediktiv
Scintigrafi cup
Scintigrafi stem
100%
100%
57%
52%
62%
54%
23%
8%
100%
100%
Røntgen cup
Røntgen stem
67%
96%
100%
93%
96%
67%
96%
96%
10
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Aseptisk løsning
Aseptisk løsning
Pfahler M et al. 1997
142hips. 4-264mdr.
Sensitivitet Specificitet accuracy
Temmermann P et al. 2005
32publ. Meta analyse. >12mdr.
Sensitivitet.
Specificitet.
Scintigrafi cup
Scintigrafi stem
61%
71%
75%
80%
64%
74%
Scintigrafi stem
85%
CI 79-89
72%
CI 64-79
Røntgen cup
Røntgen stem
88%
85%
80%
83%
86%
84%
Røntgen stem
82%
CI 76-87
81%
CI 73-87
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Aseptisk løsning
Sensit.
Specif.
Aseptisk løsning
accuracy
Scintigrafi knæ
Røntgen knæ
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
•
•
•
•
•
Scintigrafi
Differentialdiagnoser:
Infektion
Fraktur
Entesopathi
Tumor
Focal belastning
Pos.
Neg.
prediktiv prediktiv
Sensit.
Gratz S et al 2008
87 pt. Aseptisk/septisk
2 – 48 mdr.
Scintigrafi knæ
3-fase alle
100%
Granulocyt-scintigrafi 91%
20 patienter
Specif.
accuracy
Pos.
prediktiv
Neg.
prediktiv
85%
73%
55%
100%
66%
80%
76%
85%
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Scintigrafi
Konklusion:
• Normal scintigrafi udelukker ikke
– Sløv infektion
– Løshed mellem cement og protese
– Fibrøs forankring f.eks. mellem ucementeret
cup og knogle
11
Borgwardt - DSKFNM - Maj 2011
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Too loose or not too loose – knoglescintigrafi og proteseløsning
Scintigrafi
Konklusion:
• Positiv scintigrafi omkring implantatet er
foreneligt med
Scintigrafi
Konklusion:
• Positiv scintigrafi focalt ved implantatet
er foreneligt med
– Sløv infektion
– Løshed mellem knogle og protese
– Remodellering
– Focal belastning fra protesen og lokal
remodellering
– Fraktur
– Entesopathi f.eks. traktionsperiostit
– Tumor
12