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TDM dans le descellement aseptique de prothèse de hanche
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ScienceDirect www.sciencedirect.com Médecine Nucléaire xxx (2018) xxx–xxx
Revue générale
Apports de l’imagerie hybride TEMP/TDM dans le descellement aseptique de prothèse de hanche Benefits of SPECT-CT hybrid imaging in aseptic hip prosthesis loosening N. Cadour Service de médecine nucléaire, Nice, France Reçu le 29 avril 2018 ; accepté le 13 juin 2018
Résumé La recherche de descellement aseptique de prothèse de hanche est une indication fréquente de scintigraphie osseuse. Or, le diagnostic n’est pas des plus aisé à poser sur les seules données scintigraphiques qui sont peu spécifiques. Le développement de l’imagerie hybride TEMP/TDM osseuse permet d’associer deux modalités complémentaires afin de pallier le manque de sensibilité du scanner en rapport avec les artéfacts métalliques et la spécificité modeste de la scintigraphie osseuse. Il incombe donc au médecin nucléaire de connaître la sémiologie radiologique de base des pathologies de prothèse de hanche. Nous proposons dans cet article de revue de rappeler la physiopathologie des descellements, puis nous détaillerons les caractéristiques radiologiques et scintigraphiques du descellement de prothèse de hanche ainsi que les diagnostics différentiels et l’apport des autres modalités d’imagerie. # 2018 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Scintigraphie osseuse ; TEMP/TDM ; Descellement ; Prothèse ; Hanche
Abstract Hip prosthesis loosening detection is a common indication for bone scan, however, the diagnosis can be difficult to confirm based solely on bone scan information which have a low specificity. The development of bone SPECT/CT hybrid imaging allows the correlation of two complementary modalities to palliate the low sensitivity of CT caused by metallic artefacts and the moderate specificity of bone scan. It becomes a necessity for nuclear medicine physicians to master the bases of pathological hip prosthesis radiological semiology. We propose in this review article to recall the physiopathology of prosthesis loosening then we will describe the radiological and scintigraphic characteristics of hip prosthesis loosening as well as its differential diagnoses and the benefits of other imaging modalities. # 2018 Elsevier Masson SAS. All rights reserved. Keywords: Bone scan; SPECT/CT; Loosening; Prosthesis; Hip
1. Introduction L’arthroplastie totale de hanche est l’une des interventions chirurgicales les plus pratiquées en France (150 000/an) et les douleurs sur prothèse totale de hanche (PTH) sont un motif fréquent de consultation qui peut mener à la réalisation d’une
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scintigraphie osseuse [1]. Les étiologies de PTH douloureuse sont nombreuses et certaines ne nécessitent pas de prise en charge chirurgicale contrairement au descellement. Il est donc important d’identifier la cause des douleurs pour mettre en place le traitement adapté et ne pas exposer inutilement les patients, souvent âgés, aux risques associés à une nouvelle opération. L’anamnèse et l’examen clinique sont les principaux piliers du diagnostic, soutenus en première intention par les bilans biologiques et radiographiques de base. En effet, les
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Pour citer cet article : Cadour N. Apports de l’imagerie hybride TEMP/TDM dans le descellement aseptique de prothèse de hanche. Médecine Nucléaire (2018), https://doi.org/10.1016/j.mednuc.2018.06.005
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radiographies standards font partie du bilan de suivi systématique de toute PTH et doivent être réalisées en première intention devant des douleurs ; les clichés réalisés dans plusieurs incidences peuvent être suffisants pour poser le diagnostic étiologique des douleurs. La tomodensitométrie (TDM), examen de 2e intention, est plus performante que la radiographie standard dans l’étude des rapports de la prothèse avec les os et permet l’étude des tissus mous, mais présente des limitations liées aux artéfacts métalliques périprothétiques. Certaines méthodes d’acquisition et de reconstruction permettent cependant de diminuer, voire de s’affranchir des artéfacts métalliques périprothétiques [2,3], mais ces méthodes ne sont pas encore universellement adoptées. La scintigraphie osseuse planaire est un examen de 2e intention qui constitue une alternative à la TDM. Elle fournit une information métabolique sur le remodelage osseux et possède comme avantage l’absence d’artéfact métallique, mais ne donne aucune information sur les tissus mous. La scintigraphie osseuse planaire est un examen sensible mais peu spécifique pour le diagnostic de descellement de prothèse de hanche [4]. La tomographie par émission monophotonique couplée à la tomodensitométrie (TEMP/ TDM) osseuse combine les deux modalités pour permettre un examen complet fournissant des informations morphologiques et métaboliques complémentaires et est un examen très prometteur dans le bilan des PTH douloureuses [5–9]. C’est naturellement que la TEMP/TDM osseuse a pris une place croissante dans le bilan des prothèses de hanche douloureuses. Afin d’en exploiter pleinement le potentiel il est indispensable que tout médecin nucléaire connaisse les aspects radiologiques normaux et pathologiques des prothèses de hanche et sache décrire les anomalies dans un langage commun à celui des radiologues et des chirurgiens.
L’usure du ciment peut être directement responsable du descellement ou indirectement par ostéolyse réactionnelle ; sans ciment : la fixation nécessite une ostéointégration de 6 à 12 semaines qui est favorisée soit par la surface poreuse de la PTH ou un revêtement inducteur de l’ostéogenèse de type hydroxyapatite. Par ailleurs, le mode de fixation cimentée ou non peut être différent pour la cupule et pour l’implant fémoral. On distingue ensuite les différents types de PTH selon les matériaux qui constituent la prothèse, les matériaux utilisés sont le polyéthylène, la céramique et certains métaux en particulier le titane. Les complications potentielles et la durabilité de la PTH dépendront des matériaux et de leur agencement au niveau de l’interface entre la tête fémorale et l’implant cotyloïdien. Si ces informations ne sont pas disponibles, la composition de la PTH peut être déduite sur la TDM [10]. On trouve ainsi différents couples de frottement qui sont décrits ci-après sous la forme « matériau de la tête fémorale – matériau de l’implant cotyloïdien » : céramique – céramique : expose à des problèmes d’ancrage cotyloïdien avec risque de fracture ; métal – polyéthylène : usure rapide du polyéthylène avec réaction granulomateuse ; céramique – polyéthylène : usure moins rapide du polyéthylène mais risque de fracture ; métal – métal : usure moins rapide mais risque de métallose et de relargage d’ions métalliques toxiques.
2.2. Physiopathologie du descellement
2.1. Types de PTH et complications spécifiques
Le descellement prothétique est défini par le défaut de fixation ou d’ostéointégration d’une prothèse. On décrit communément 3 types de descellement :
Il existe un nombre très important de modèles de PTH commercialisées en France, dont il n’est pas possible de connaître le détail. Il est cependant important de connaître l’aspect et les grands types de PTH existantes car cela va conditionner l’interprétation de l’examen. Les PTH sont toutes constituées de 3 composantes qui peuvent s’articuler différemment :
le descellement septique qui ne sera pas traité ici ; le descellement mécanique qui peut être secondaire, notamment au remodelage osseux périprothétique, dû à la redistribution des contraintes ou « stress shielding » ; le descellement par réaction granulomateuse secondaire au relargage des débris d’usure des couples de frottement ou du ciment, cause la plus fréquente.
un implant fémoral ; une tête fémorale ; une cupule cotyloïdienne.
3. Caractéristiques radiologiques normales et pathologiques des PTH
2. Types de PTH et physiopathologie des descellements
3.1. Positionnement normal de la prothèse Il est important d’identifier ces composantes afin de ne pas confondre une PTH avec une prothèse partielle dont l’interprétation diffère sensiblement. On distingue d’abord les PTH selon le mode de fixation : avec ciment : constitué le plus souvent de méthacrylate de méthyle, présente l’avantage d’une fixation immédiate.
Le positionnement normal de la prothèse peut être contrôlé sur les images TDM grâce à plusieurs paramètres [5]. Pour cela, les acquisitions TEMP/TDM doivent être faites sous certaines conditions. Pour toutes les mesures réalisées au scanner, l’installation du patient doit être rigoureuse : les membres inférieurs sont placés en extension, le bassin de face sans
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bascule ni rotation, sans flexion des deux hanches, les pieds en rotation neutre. L’idéal est d’utiliser une planche posée sur la table du scanner sur laquelle le patient est allongé. Cette planche comporte à une extrémité un contrefort à 908 sur lequel reposent les pieds du patient. Les différents paramètres du positionnement normal prothétique à contrôler sont les suivants : l’inclinaison latérale dans un plan frontal de la cupule cotyloïdienne dont la valeur normale est de 408 108 (Fig. 1) ; l’antéversion dans un plan sagittal de la cupule cotyloïdienne dont la valeur normale est de 158 108 (Fig. 2). Pour mesurer cette antéversion, on additionne une coupe passant par les épines ischiatiques et une coupe passant par le centre de la tête fémorale montrant les bords antérieur et postérieur de la cupule prothétique. L’antéversion correspond à l’angle mesuré entre la perpendiculaire à la ligne passant par les épines ischiatiques et la ligne passant par le bord antérieur et le bord postérieur de la cupule. La mesure doit être comparative. Un défaut d’antéversion, voire une rétroversion de la cupule, induit un risque de luxation postérieure et de conflit avec le psoas. Une antéversion excessive induit un risque de luxation antérieure. Il faut savoir que le scanner réalisé en position couchée sous-estime la mesure réelle de l’antéversion du cotyle. En effet, entre la position debout et la position couchée, le bassin s’antéverse, ce qui induit une
Fig. 1. Inclinaison latérale du cotyle correspondant à l’angle entre les bords supérieur et inférieur du cotyle (ligne jaune) et la ligne bi-ischiatique (ligne blanche en pointillés). Lateral inclination of the acetabular component corresponds to the angle between the superior acetabular rim (yellow line) and the transischial tuberosity line (white dashed line).
Fig. 2. Antéversion du cotyle correspondant à l’angle entre la ligne passant par les bords antérieur et postérieur de la cupule (ligne jaune) et la perpendiculaire à la ligne bi-ischiatique (ligne blanche en pointillés). Acetabular component anteversion corresponds to the angle between the anterior acetabular rim (yellow line) and a line perpendicular to the transischial tuberosity line (white dashed line).
rétroversion du cotyle et fausse le calcul de l’antéversion réelle du cotyle ; la version horizontale du cotyle. Elle est analysée sur un bilan radiographique de face. Il s’agit de l’angle entre la ligne biischiatique et l’angle du cotyle. Cet angle est normal entre 30 et 508. Si cet angle est trop important, il existe un risque de luxation. S’il est trop faible, l’abduction de hanche peut être limitée ; l’alignement des têtes fémorales doit se faire parallèlement à la ligne bi-ischiatique (Fig. 3) ; la situation de la tête fémorale au sein de cupule cotyloïdienne doit être centrale ;
Fig. 3. Alignement des têtes fémorales : la ligne passant par le centre des têtes fémorales (ligne jaune) doit être parallèle à la ligne bi-ischiatique (ligne blanche en pointillés). Dans cet exemple, il s’agit d’une prothèse partielle de hanche de type céphalique (absence de cupule cotyloïdienne). Alignment of femoral heads: the line passing through the center of both femoral heads (yellow line) must be parallel to the transischial tuberosity line (white dashed line).
Pour citer cet article : Cadour N. Apports de l’imagerie hybride TEMP/TDM dans le descellement aseptique de prothèse de hanche. Médecine Nucléaire (2018), https://doi.org/10.1016/j.mednuc.2018.06.005
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l’antéversion du col fémoral correspond à l’angle mesuré entre la ligne passant par la corticale postérieure des deux condyles fémoraux et la ligne passant par l’axe du col [11], elle doit être proche de l’antéversion cotyloïdienne ; la position de la tige fémorale doit être centrale et parallèle par rapport à la diaphyse fémorale (Fig. 4), un léger valgus est acceptable [12]. Des valeurs anormales pour ces paramètres doivent être signalées car elles peuvent témoigner d’une complication ou d’un risque accru de complication. Pour les prothèses non cimentées, la présence d’une condensation de l’os spongieux située sous l’extrémité distale de la tige fémorale pourrait témoigner d’une bonne stabilité de l’implant (Fig. 5). 3.2. Signes évocateurs de descellement aseptique 3.2.1. Prothèse non cimentée Les signes évocateurs de descellement pour les prothèses non cimentées sont : une migration des implants jugée sur des examens successifs grâce aux paramètres précédemment décrits (Fig. 6 et 7) ;
Fig. 5. « Piédestal » dense à la pointe de la tige fémorale (flèche jaune) témoignant d’une bonne stabilité de l’implant fémoral. Hyperdense ‘‘pedestal’’ at the tip of the femoral stem (yellow arrow) suggesting good stability of the femoral component.
Fig. 4. Coupe coronale montrant la tige fémorale (ligne jaune) en position centrale et parallèle par rapport à la diaphyse fémorale (lignes rouges en pointillés). Coronal CT slice showing the femoral stem (yellow line) in a central position and parallel to the femoral shaft (red dashed lines).
Fig. 6. Migration pathologique de la cupule cotyloïdienne avec un angle d’antéversion de 458. Pathological migration of the acetabular component with an anteversion angle of 458.
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Fig. 7. Migration pathologique de la cupule cotyloïdienne avec un angle d’inclinaison latérale du cotyle de 788. Pathological migration of the acetabular component with a lateral inclination angle of 788.
un liseré clair périprothétique > 2 mm, évolutif, sans sclérose marginale ; granulome de résorption (Fig. 8) [13], lié à la libération de particules d’usure du matériel prothétique stimulant une activation macrophagique, avec apparition de granulomes de résorption au contact de l’interface os–ciment ; l’absence de piédestal dense à la pointe de la tige fémorale (Fig. 9).
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Fig. 8. Granulomes de résorption autour de l’implant fémoral (flèches rouges) et de la cupule cotyloïdienne (flèches jaunes) en rapport avec un descellement granulomateux diffus. Osteolytic lesions surrounding the femoral component (red arrows) and acebutabular component (yellow arrows) corresponding to a diffuse histiocytic reaction.
3.2.2. Prothèse cimentée Le signes évocateurs de descellement pour les prothèses cimentées sont très similaires : une migration des implants ; un liseré clair périprothétique > 2 mm, étendu, évolutif (Fig. 10) ; un ou plusieurs granulomes endostaux secondaires à l’usure des couples de glissement [14] ; une fracture du ciment. Les signes radiologiques à rechercher en fonction du type de descellement sont résumés dans le Tableau 1. La localisation précise et reproductible des liserés clairs périprothétiques est importante pour le suivi et se fait grâce aux classifications de Gruen et de DeLee et Charnley, habituellement sur les radiographies standards de face et de profil mais est
Fig. 9. Liseré clair pathologique (flèche rouge) au pourtour de la tige fémorale (flèche jaune) et du ciment (flèche bleue) témoignant d’un descellement. Pathological radiolucent band (red arrow) surrounding the femoral stem (yellow arrow) et cement (blue arrow) suggesting femoral component loosening.
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facilement extrapolable à la TDM [5,15,16]. L’analyse se fait par zones : 6 zones au total pour le cotyle et 14 zones pour le fémur (Fig. 11). 4. Caractéristiques scintigraphiques normales et pathologiques des PTH 4.1. Fixation physiologique Une hyperfixation au temps précoce est physiologique dans les 3 mois suivant la pose de la prothèse quel que soit le type de prothèse. La fixation au temps tardif est très variable et dépend du type et de l’âge de la prothèse [5,17–19]. Pour les prothèses non cimentées, une hyperfixation physiologique est habituelle pendant 12 à 24 mois suivant la pose. Une hyperfixation peut persister au-delà de 24 mois au niveau du massif trochantérien et de l’extrémité distale de l’implant fémoral. Pour les prothèses cimentées, une hyperfixation périprothétique est habituelle et progressivement décroissante pendant 12 mois suivant la pose. Une hyperfixation peut persister jusqu’à 2 ans au niveau du cotyle, du grand trochanter et de l’extrémité distale de l’implant fémoral chez 10 % des patients. 4.2. Fixation pathologique
Fig. 10. La tête fémorale est excentrée au sein de la cupule cotyloïdienne témoignant d’une usure importante du polyéthylène. Granulomes de résorption cotyloïdiens (flèches jaunes) et fémoral (flèche rouge). Femoral head is in an eccentric position in the acetabular cup suggesting severe polyethylene wear. Acetabular (yellow arrows) and femoral (red arrow) osteolytic lesions.
Toute hyperfixation au temps précoce plus de 3 mois après la pose de la prothèse est suspecte de complication. La fixation au temps tardif diffère sensiblement selon le type de descellement, mais les données scintigraphiques devront être corrélées à la TDM pour améliorer la spécificité. Descellement mécanique (Fig. 12) : temps précoce : pas d’hyperhémie ; temps tardif : hyperfixation focale ou multiple (petit trochanter et extrémité distale de la tige fémorale surtout).
Tableau 1 Caractéristiques radiologiques des différents types de descellement aseptique de PTH. Radiological characteristics of the different types of hip arthroplasty loosening. Type de descellement
Mécanique
Granulomateux
Circonstances d’apparition
Liées à un transfert des contraintes Prothèses non cimentées uniquement Asymétrique, régulier Modifications de l’os porteur sans caractère pathologique dans le stress shielding : résorption de la partie haute et hyperosotose réactionnelle en queue de prothèse Épaississement cortical localisé en regard des zones de conflit
Liées à l’usure des composants Réaction macrophagique due à la libération de débris Non systématique Lacunes à l’emporte-pièce, souvent asymptomatiques
Liseré clair Modifications osseuses
Anomalies des tissus mous
Absentes
Géodes endostales Peut aller jusqu’à une destruction corticale, voire une masse des tissus mous Bursite ou épanchement possibles
PTH : prothèse totale de hanche.
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Fig. 11. Classification de Gruen (en rouge) et de DeLee et Charnley (en jaune) divisant le cotyle en 6 zones et le fémur en 14 zones sur les radiographies de face (A) et de profil (B). Gruen (red) and DeLee and Charnley (yellow) classifications dividing acetabulum and femur into 6 and 14 zones respectively on anteroposterior and lateral radiographs.
Descellement par réaction granulomateuse (Fig. 13) : temps précoce : souvent pas d’hyperhémie ; temps tardif : hyperfixation variable (cotyle et extrémité proximale de l’implant fémoral surtout).
5. Diagnostics différentiels Les diagnostics différentiels cliniques de descellement de PTH correspondent aux autres causes de PTH douloureuses. Ils peuvent parfois s’associer entre eux et à un descellement. La scintigraphie osseuse en balayage corps entier permet de dépister ces pathologies et la TDM permet de les localiser précisément et de les caractériser. Ils sont représentés principalement par : les fractures : fracture d’implant (rare, intéresse le plus souvent la tige fémorale), fracture osseuse périprothétique, fracture de contrainte (acétabulum ou cadre obturateur) ou par insuffisance osseuse secondaire au phénomène de stress shielding (intéresse le massif trochantérien) ; les luxations ;
les ossifications hétérotopiques : fréquentes (30 %) mais seulement 2–5 % symptomatiques ; la pseudarthrose du grand trochanter : survient à la suite d’une trochantérotomie et est visible sur la TDM par la persistance d’une solution de continuité et sur la scintigraphie par une hyperfixation linéaire de la base du grand trochanter. Elle peut se compliquer d’un descellement granulomateux ; complications musculo-tendineuses : conflit entre l’implant cotyloïdien (cupule ou vis) et le tendon du muscle ilio-psoas, facilement visible sur la TDM ; syndrome douloureux régional complexe de type 1 de diagnostic compliqué ; douleurs projetées : pathologie des sacro-iliaques ou de la symphyse pubienne, arthrose lombaire ou lombo-sacrée, arthrose des genoux ; tendinopathie du moyen fessier : se traduit sur la scintigraphie par une hyperfixation au site d’insertion trochantérien du tendon du moyen fessier ; infection de prothèse : caractérisée par une hyperfixation intense et diffuse aux temps précoce et tardif à la scintigraphie et par des zones d’ostéolyse, une réaction périostée et parfois des anomalies des tissus mous (bursite, collection, fistule).
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Fig. 12. Hyperostose hyperfixante en regard de l’extrémité distale de la tige fémorale en rapport avec un descellement mécanique. Hyperostosis with increased uptake around the distal extremity of the femoral stem corresponding to mechanical loosening.
Fig. 13. Granulomes de résorption endostaux (flèches jaunes) hyperfixants en scintigraphie, localisés à l’extrémité proximale de l’implant fémoral en rapport avec un descellement granulomateux. Periprosthetic focal endosteal scalloping (yellow arrows) with increased uptake on bone scan, located at the proximal extremity of the femoral component corresponding to histiocytic reaction.
6. Conclusion La TEMP/TDM osseuse est un examen très prometteur pour le diagnostic de descellement de PTH mais nécessite une bonne connaissance des différents types de prothèse, de leur évolution
et complications potentielles ainsi que des signes radiologiques et scintigraphiques associés aux trois types de descellement et à leurs diagnostics différentiels. Afin d’interpréter un examen TEMP/TDM dans de bonnes conditions, il est indispensable de disposer de certaines informations, notamment l’âge et le type
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de PTH, les antécédents et la symptomatologie du patient ainsi que de récupérer les clichés radiographiques ou TDM précédents. Le médecin nucléaire devra s’attacher à décrire précisément les anomalies métaboliques et morphologiques osseuses en utilisant les classifications radiologiques sus-citées et à analyser l’ensemble des images disponibles à la recherche d’un diagnostic différentiel ou d’une pathologie associée. Déclaration de liens d’intérêts L’auteur déclare ne pas avoir de liens d’intérêts. Références [1] Caton J, Papin P. Typologie et épidémiologie des prothèses totales de hanche en France. E-Mem Acad Natl Chir 2012;11:1–7. [2] Teixeira PAG, et al. Total hip prosthesis CT with single-energy projectionbased metallic artifact reduction: impact on the visualization of specific periprosthetic soft tissue structures. Skeletal Radiol 2014;43:1237–46. [3] Verburg JM, Seco J. CT metal artifact reduction method correcting for beam hardening and missing projections. Phys Med Biol 2012;57:2803. [4] Temmerman OPP, et al. Accuracy of diagnostic imaging techniques in the diagnosis of aseptic loosening of the femoral component of a hip prosthesis: a meta-analysis. J Bone Joint Surg Br 2005;87:781–5. [5] Tam HH, Bhaludin B, Rahman F, Weller A, Ejindu V, Parthipun A. SPECT-CT in total hip arthroplasty. Clin Radiol 2014;69:82–95. [6] Berber R, et al. Clinical usefulness of SPECT-CT in patients with an unexplained pain in metal on metal (MOM) total hip arthroplasty. J Arthroplasty 2015;30:687–94. [7] Dobrindt O, et al. Hybrid SPECT/CT for the assessment of a painful hip after uncemented total hip arthroplasty. BMC Med Imaging 2015;15:18. [8] Arˇcan P, Okudan Tekin B, S¸efizade R, Naldöken S, Bas¸tug˘ A, Özkurt B. The role of bone SPECT/CT in the evaluation of painful joint prostheses. Nucl Med Commun 2015;36:931–40.
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Résumé La recherche de descellement aseptique de prothèse de hanche est une indication fréquente de scintigraphie osseuse. Or, le diagnostic n’est pas des plus aisé à poser sur les seules données scintigraphiques qui sont peu spécifiques. Le développement de l’imagerie hybride TEMP/TDM osseuse permet d’associer deux modalités complémentaires afin de pallier le manque de sensibilité du scanner en rapport avec les artéfacts métalliques et la spécificité modeste de la scintigraphie osseuse. Il incombe donc au médecin nucléaire de connaître la sémiologie radiologique de base des pathologies de prothèse de hanche. Nous proposons dans cet article de revue de rappeler la physiopathologie des descellements, puis nous détaillerons les caractéristiques radiologiques et scintigraphiques du descellement de prothèse de hanche ainsi que les diagnostics différentiels et l’apport des autres modalités d’imagerie. # 2018 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Scintigraphie osseuse ; TEMP/TDM ; Descellement ; Prothèse ; Hanche
Abstract Hip prosthesis loosening detection is a common indication for bone scan, however, the diagnosis can be difficult to confirm based solely on bone scan information which have a low specificity. The development of bone SPECT/CT hybrid imaging allows the correlation of two complementary modalities to palliate the low sensitivity of CT caused by metallic artefacts and the moderate specificity of bone scan. It becomes a necessity for nuclear medicine physicians to master the bases of pathological hip prosthesis radiological semiology. We propose in this review article to recall the physiopathology of prosthesis loosening then we will describe the radiological and scintigraphic characteristics of hip prosthesis loosening as well as its differential diagnoses and the benefits of other imaging modalities. # 2018 Elsevier Masson SAS. All rights reserved. Keywords: Bone scan; SPECT/CT; Loosening; Prosthesis; Hip
1. Introduction L’arthroplastie totale de hanche est l’une des interventions chirurgicales les plus pratiquées en France (150 000/an) et les douleurs sur prothèse totale de hanche (PTH) sont un motif fréquent de consultation qui peut mener à la réalisation d’une
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scintigraphie osseuse [1]. Les étiologies de PTH douloureuse sont nombreuses et certaines ne nécessitent pas de prise en charge chirurgicale contrairement au descellement. Il est donc important d’identifier la cause des douleurs pour mettre en place le traitement adapté et ne pas exposer inutilement les patients, souvent âgés, aux risques associés à une nouvelle opération. L’anamnèse et l’examen clinique sont les principaux piliers du diagnostic, soutenus en première intention par les bilans biologiques et radiographiques de base. En effet, les
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Pour citer cet article : Cadour N. Apports de l’imagerie hybride TEMP/TDM dans le descellement aseptique de prothèse de hanche. Médecine Nucléaire (2018), https://doi.org/10.1016/j.mednuc.2018.06.005
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radiographies standards font partie du bilan de suivi systématique de toute PTH et doivent être réalisées en première intention devant des douleurs ; les clichés réalisés dans plusieurs incidences peuvent être suffisants pour poser le diagnostic étiologique des douleurs. La tomodensitométrie (TDM), examen de 2e intention, est plus performante que la radiographie standard dans l’étude des rapports de la prothèse avec les os et permet l’étude des tissus mous, mais présente des limitations liées aux artéfacts métalliques périprothétiques. Certaines méthodes d’acquisition et de reconstruction permettent cependant de diminuer, voire de s’affranchir des artéfacts métalliques périprothétiques [2,3], mais ces méthodes ne sont pas encore universellement adoptées. La scintigraphie osseuse planaire est un examen de 2e intention qui constitue une alternative à la TDM. Elle fournit une information métabolique sur le remodelage osseux et possède comme avantage l’absence d’artéfact métallique, mais ne donne aucune information sur les tissus mous. La scintigraphie osseuse planaire est un examen sensible mais peu spécifique pour le diagnostic de descellement de prothèse de hanche [4]. La tomographie par émission monophotonique couplée à la tomodensitométrie (TEMP/ TDM) osseuse combine les deux modalités pour permettre un examen complet fournissant des informations morphologiques et métaboliques complémentaires et est un examen très prometteur dans le bilan des PTH douloureuses [5–9]. C’est naturellement que la TEMP/TDM osseuse a pris une place croissante dans le bilan des prothèses de hanche douloureuses. Afin d’en exploiter pleinement le potentiel il est indispensable que tout médecin nucléaire connaisse les aspects radiologiques normaux et pathologiques des prothèses de hanche et sache décrire les anomalies dans un langage commun à celui des radiologues et des chirurgiens.
L’usure du ciment peut être directement responsable du descellement ou indirectement par ostéolyse réactionnelle ; sans ciment : la fixation nécessite une ostéointégration de 6 à 12 semaines qui est favorisée soit par la surface poreuse de la PTH ou un revêtement inducteur de l’ostéogenèse de type hydroxyapatite. Par ailleurs, le mode de fixation cimentée ou non peut être différent pour la cupule et pour l’implant fémoral. On distingue ensuite les différents types de PTH selon les matériaux qui constituent la prothèse, les matériaux utilisés sont le polyéthylène, la céramique et certains métaux en particulier le titane. Les complications potentielles et la durabilité de la PTH dépendront des matériaux et de leur agencement au niveau de l’interface entre la tête fémorale et l’implant cotyloïdien. Si ces informations ne sont pas disponibles, la composition de la PTH peut être déduite sur la TDM [10]. On trouve ainsi différents couples de frottement qui sont décrits ci-après sous la forme « matériau de la tête fémorale – matériau de l’implant cotyloïdien » : céramique – céramique : expose à des problèmes d’ancrage cotyloïdien avec risque de fracture ; métal – polyéthylène : usure rapide du polyéthylène avec réaction granulomateuse ; céramique – polyéthylène : usure moins rapide du polyéthylène mais risque de fracture ; métal – métal : usure moins rapide mais risque de métallose et de relargage d’ions métalliques toxiques.
2.2. Physiopathologie du descellement
2.1. Types de PTH et complications spécifiques
Le descellement prothétique est défini par le défaut de fixation ou d’ostéointégration d’une prothèse. On décrit communément 3 types de descellement :
Il existe un nombre très important de modèles de PTH commercialisées en France, dont il n’est pas possible de connaître le détail. Il est cependant important de connaître l’aspect et les grands types de PTH existantes car cela va conditionner l’interprétation de l’examen. Les PTH sont toutes constituées de 3 composantes qui peuvent s’articuler différemment :
le descellement septique qui ne sera pas traité ici ; le descellement mécanique qui peut être secondaire, notamment au remodelage osseux périprothétique, dû à la redistribution des contraintes ou « stress shielding » ; le descellement par réaction granulomateuse secondaire au relargage des débris d’usure des couples de frottement ou du ciment, cause la plus fréquente.
un implant fémoral ; une tête fémorale ; une cupule cotyloïdienne.
3. Caractéristiques radiologiques normales et pathologiques des PTH
2. Types de PTH et physiopathologie des descellements
3.1. Positionnement normal de la prothèse Il est important d’identifier ces composantes afin de ne pas confondre une PTH avec une prothèse partielle dont l’interprétation diffère sensiblement. On distingue d’abord les PTH selon le mode de fixation : avec ciment : constitué le plus souvent de méthacrylate de méthyle, présente l’avantage d’une fixation immédiate.
Le positionnement normal de la prothèse peut être contrôlé sur les images TDM grâce à plusieurs paramètres [5]. Pour cela, les acquisitions TEMP/TDM doivent être faites sous certaines conditions. Pour toutes les mesures réalisées au scanner, l’installation du patient doit être rigoureuse : les membres inférieurs sont placés en extension, le bassin de face sans
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bascule ni rotation, sans flexion des deux hanches, les pieds en rotation neutre. L’idéal est d’utiliser une planche posée sur la table du scanner sur laquelle le patient est allongé. Cette planche comporte à une extrémité un contrefort à 908 sur lequel reposent les pieds du patient. Les différents paramètres du positionnement normal prothétique à contrôler sont les suivants : l’inclinaison latérale dans un plan frontal de la cupule cotyloïdienne dont la valeur normale est de 408 108 (Fig. 1) ; l’antéversion dans un plan sagittal de la cupule cotyloïdienne dont la valeur normale est de 158 108 (Fig. 2). Pour mesurer cette antéversion, on additionne une coupe passant par les épines ischiatiques et une coupe passant par le centre de la tête fémorale montrant les bords antérieur et postérieur de la cupule prothétique. L’antéversion correspond à l’angle mesuré entre la perpendiculaire à la ligne passant par les épines ischiatiques et la ligne passant par le bord antérieur et le bord postérieur de la cupule. La mesure doit être comparative. Un défaut d’antéversion, voire une rétroversion de la cupule, induit un risque de luxation postérieure et de conflit avec le psoas. Une antéversion excessive induit un risque de luxation antérieure. Il faut savoir que le scanner réalisé en position couchée sous-estime la mesure réelle de l’antéversion du cotyle. En effet, entre la position debout et la position couchée, le bassin s’antéverse, ce qui induit une
Fig. 1. Inclinaison latérale du cotyle correspondant à l’angle entre les bords supérieur et inférieur du cotyle (ligne jaune) et la ligne bi-ischiatique (ligne blanche en pointillés). Lateral inclination of the acetabular component corresponds to the angle between the superior acetabular rim (yellow line) and the transischial tuberosity line (white dashed line).
Fig. 2. Antéversion du cotyle correspondant à l’angle entre la ligne passant par les bords antérieur et postérieur de la cupule (ligne jaune) et la perpendiculaire à la ligne bi-ischiatique (ligne blanche en pointillés). Acetabular component anteversion corresponds to the angle between the anterior acetabular rim (yellow line) and a line perpendicular to the transischial tuberosity line (white dashed line).
rétroversion du cotyle et fausse le calcul de l’antéversion réelle du cotyle ; la version horizontale du cotyle. Elle est analysée sur un bilan radiographique de face. Il s’agit de l’angle entre la ligne biischiatique et l’angle du cotyle. Cet angle est normal entre 30 et 508. Si cet angle est trop important, il existe un risque de luxation. S’il est trop faible, l’abduction de hanche peut être limitée ; l’alignement des têtes fémorales doit se faire parallèlement à la ligne bi-ischiatique (Fig. 3) ; la situation de la tête fémorale au sein de cupule cotyloïdienne doit être centrale ;
Fig. 3. Alignement des têtes fémorales : la ligne passant par le centre des têtes fémorales (ligne jaune) doit être parallèle à la ligne bi-ischiatique (ligne blanche en pointillés). Dans cet exemple, il s’agit d’une prothèse partielle de hanche de type céphalique (absence de cupule cotyloïdienne). Alignment of femoral heads: the line passing through the center of both femoral heads (yellow line) must be parallel to the transischial tuberosity line (white dashed line).
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l’antéversion du col fémoral correspond à l’angle mesuré entre la ligne passant par la corticale postérieure des deux condyles fémoraux et la ligne passant par l’axe du col [11], elle doit être proche de l’antéversion cotyloïdienne ; la position de la tige fémorale doit être centrale et parallèle par rapport à la diaphyse fémorale (Fig. 4), un léger valgus est acceptable [12]. Des valeurs anormales pour ces paramètres doivent être signalées car elles peuvent témoigner d’une complication ou d’un risque accru de complication. Pour les prothèses non cimentées, la présence d’une condensation de l’os spongieux située sous l’extrémité distale de la tige fémorale pourrait témoigner d’une bonne stabilité de l’implant (Fig. 5). 3.2. Signes évocateurs de descellement aseptique 3.2.1. Prothèse non cimentée Les signes évocateurs de descellement pour les prothèses non cimentées sont : une migration des implants jugée sur des examens successifs grâce aux paramètres précédemment décrits (Fig. 6 et 7) ;
Fig. 5. « Piédestal » dense à la pointe de la tige fémorale (flèche jaune) témoignant d’une bonne stabilité de l’implant fémoral. Hyperdense ‘‘pedestal’’ at the tip of the femoral stem (yellow arrow) suggesting good stability of the femoral component.
Fig. 4. Coupe coronale montrant la tige fémorale (ligne jaune) en position centrale et parallèle par rapport à la diaphyse fémorale (lignes rouges en pointillés). Coronal CT slice showing the femoral stem (yellow line) in a central position and parallel to the femoral shaft (red dashed lines).
Fig. 6. Migration pathologique de la cupule cotyloïdienne avec un angle d’antéversion de 458. Pathological migration of the acetabular component with an anteversion angle of 458.
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Fig. 7. Migration pathologique de la cupule cotyloïdienne avec un angle d’inclinaison latérale du cotyle de 788. Pathological migration of the acetabular component with a lateral inclination angle of 788.
un liseré clair périprothétique > 2 mm, évolutif, sans sclérose marginale ; granulome de résorption (Fig. 8) [13], lié à la libération de particules d’usure du matériel prothétique stimulant une activation macrophagique, avec apparition de granulomes de résorption au contact de l’interface os–ciment ; l’absence de piédestal dense à la pointe de la tige fémorale (Fig. 9).
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Fig. 8. Granulomes de résorption autour de l’implant fémoral (flèches rouges) et de la cupule cotyloïdienne (flèches jaunes) en rapport avec un descellement granulomateux diffus. Osteolytic lesions surrounding the femoral component (red arrows) and acebutabular component (yellow arrows) corresponding to a diffuse histiocytic reaction.
3.2.2. Prothèse cimentée Le signes évocateurs de descellement pour les prothèses cimentées sont très similaires : une migration des implants ; un liseré clair périprothétique > 2 mm, étendu, évolutif (Fig. 10) ; un ou plusieurs granulomes endostaux secondaires à l’usure des couples de glissement [14] ; une fracture du ciment. Les signes radiologiques à rechercher en fonction du type de descellement sont résumés dans le Tableau 1. La localisation précise et reproductible des liserés clairs périprothétiques est importante pour le suivi et se fait grâce aux classifications de Gruen et de DeLee et Charnley, habituellement sur les radiographies standards de face et de profil mais est
Fig. 9. Liseré clair pathologique (flèche rouge) au pourtour de la tige fémorale (flèche jaune) et du ciment (flèche bleue) témoignant d’un descellement. Pathological radiolucent band (red arrow) surrounding the femoral stem (yellow arrow) et cement (blue arrow) suggesting femoral component loosening.
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facilement extrapolable à la TDM [5,15,16]. L’analyse se fait par zones : 6 zones au total pour le cotyle et 14 zones pour le fémur (Fig. 11). 4. Caractéristiques scintigraphiques normales et pathologiques des PTH 4.1. Fixation physiologique Une hyperfixation au temps précoce est physiologique dans les 3 mois suivant la pose de la prothèse quel que soit le type de prothèse. La fixation au temps tardif est très variable et dépend du type et de l’âge de la prothèse [5,17–19]. Pour les prothèses non cimentées, une hyperfixation physiologique est habituelle pendant 12 à 24 mois suivant la pose. Une hyperfixation peut persister au-delà de 24 mois au niveau du massif trochantérien et de l’extrémité distale de l’implant fémoral. Pour les prothèses cimentées, une hyperfixation périprothétique est habituelle et progressivement décroissante pendant 12 mois suivant la pose. Une hyperfixation peut persister jusqu’à 2 ans au niveau du cotyle, du grand trochanter et de l’extrémité distale de l’implant fémoral chez 10 % des patients. 4.2. Fixation pathologique
Fig. 10. La tête fémorale est excentrée au sein de la cupule cotyloïdienne témoignant d’une usure importante du polyéthylène. Granulomes de résorption cotyloïdiens (flèches jaunes) et fémoral (flèche rouge). Femoral head is in an eccentric position in the acetabular cup suggesting severe polyethylene wear. Acetabular (yellow arrows) and femoral (red arrow) osteolytic lesions.
Toute hyperfixation au temps précoce plus de 3 mois après la pose de la prothèse est suspecte de complication. La fixation au temps tardif diffère sensiblement selon le type de descellement, mais les données scintigraphiques devront être corrélées à la TDM pour améliorer la spécificité. Descellement mécanique (Fig. 12) : temps précoce : pas d’hyperhémie ; temps tardif : hyperfixation focale ou multiple (petit trochanter et extrémité distale de la tige fémorale surtout).
Tableau 1 Caractéristiques radiologiques des différents types de descellement aseptique de PTH. Radiological characteristics of the different types of hip arthroplasty loosening. Type de descellement
Mécanique
Granulomateux
Circonstances d’apparition
Liées à un transfert des contraintes Prothèses non cimentées uniquement Asymétrique, régulier Modifications de l’os porteur sans caractère pathologique dans le stress shielding : résorption de la partie haute et hyperosotose réactionnelle en queue de prothèse Épaississement cortical localisé en regard des zones de conflit
Liées à l’usure des composants Réaction macrophagique due à la libération de débris Non systématique Lacunes à l’emporte-pièce, souvent asymptomatiques
Liseré clair Modifications osseuses
Anomalies des tissus mous
Absentes
Géodes endostales Peut aller jusqu’à une destruction corticale, voire une masse des tissus mous Bursite ou épanchement possibles
PTH : prothèse totale de hanche.
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Fig. 11. Classification de Gruen (en rouge) et de DeLee et Charnley (en jaune) divisant le cotyle en 6 zones et le fémur en 14 zones sur les radiographies de face (A) et de profil (B). Gruen (red) and DeLee and Charnley (yellow) classifications dividing acetabulum and femur into 6 and 14 zones respectively on anteroposterior and lateral radiographs.
Descellement par réaction granulomateuse (Fig. 13) : temps précoce : souvent pas d’hyperhémie ; temps tardif : hyperfixation variable (cotyle et extrémité proximale de l’implant fémoral surtout).
5. Diagnostics différentiels Les diagnostics différentiels cliniques de descellement de PTH correspondent aux autres causes de PTH douloureuses. Ils peuvent parfois s’associer entre eux et à un descellement. La scintigraphie osseuse en balayage corps entier permet de dépister ces pathologies et la TDM permet de les localiser précisément et de les caractériser. Ils sont représentés principalement par : les fractures : fracture d’implant (rare, intéresse le plus souvent la tige fémorale), fracture osseuse périprothétique, fracture de contrainte (acétabulum ou cadre obturateur) ou par insuffisance osseuse secondaire au phénomène de stress shielding (intéresse le massif trochantérien) ; les luxations ;
les ossifications hétérotopiques : fréquentes (30 %) mais seulement 2–5 % symptomatiques ; la pseudarthrose du grand trochanter : survient à la suite d’une trochantérotomie et est visible sur la TDM par la persistance d’une solution de continuité et sur la scintigraphie par une hyperfixation linéaire de la base du grand trochanter. Elle peut se compliquer d’un descellement granulomateux ; complications musculo-tendineuses : conflit entre l’implant cotyloïdien (cupule ou vis) et le tendon du muscle ilio-psoas, facilement visible sur la TDM ; syndrome douloureux régional complexe de type 1 de diagnostic compliqué ; douleurs projetées : pathologie des sacro-iliaques ou de la symphyse pubienne, arthrose lombaire ou lombo-sacrée, arthrose des genoux ; tendinopathie du moyen fessier : se traduit sur la scintigraphie par une hyperfixation au site d’insertion trochantérien du tendon du moyen fessier ; infection de prothèse : caractérisée par une hyperfixation intense et diffuse aux temps précoce et tardif à la scintigraphie et par des zones d’ostéolyse, une réaction périostée et parfois des anomalies des tissus mous (bursite, collection, fistule).
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Fig. 12. Hyperostose hyperfixante en regard de l’extrémité distale de la tige fémorale en rapport avec un descellement mécanique. Hyperostosis with increased uptake around the distal extremity of the femoral stem corresponding to mechanical loosening.
Fig. 13. Granulomes de résorption endostaux (flèches jaunes) hyperfixants en scintigraphie, localisés à l’extrémité proximale de l’implant fémoral en rapport avec un descellement granulomateux. Periprosthetic focal endosteal scalloping (yellow arrows) with increased uptake on bone scan, located at the proximal extremity of the femoral component corresponding to histiocytic reaction.
6. Conclusion La TEMP/TDM osseuse est un examen très prometteur pour le diagnostic de descellement de PTH mais nécessite une bonne connaissance des différents types de prothèse, de leur évolution
et complications potentielles ainsi que des signes radiologiques et scintigraphiques associés aux trois types de descellement et à leurs diagnostics différentiels. Afin d’interpréter un examen TEMP/TDM dans de bonnes conditions, il est indispensable de disposer de certaines informations, notamment l’âge et le type
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de PTH, les antécédents et la symptomatologie du patient ainsi que de récupérer les clichés radiographiques ou TDM précédents. Le médecin nucléaire devra s’attacher à décrire précisément les anomalies métaboliques et morphologiques osseuses en utilisant les classifications radiologiques sus-citées et à analyser l’ensemble des images disponibles à la recherche d’un diagnostic différentiel ou d’une pathologie associée. Déclaration de liens d’intérêts L’auteur déclare ne pas avoir de liens d’intérêts. Références [1] Caton J, Papin P. Typologie et épidémiologie des prothèses totales de hanche en France. E-Mem Acad Natl Chir 2012;11:1–7. [2] Teixeira PAG, et al. Total hip prosthesis CT with single-energy projectionbased metallic artifact reduction: impact on the visualization of specific periprosthetic soft tissue structures. Skeletal Radiol 2014;43:1237–46. [3] Verburg JM, Seco J. CT metal artifact reduction method correcting for beam hardening and missing projections. Phys Med Biol 2012;57:2803. [4] Temmerman OPP, et al. Accuracy of diagnostic imaging techniques in the diagnosis of aseptic loosening of the femoral component of a hip prosthesis: a meta-analysis. J Bone Joint Surg Br 2005;87:781–5. [5] Tam HH, Bhaludin B, Rahman F, Weller A, Ejindu V, Parthipun A. SPECT-CT in total hip arthroplasty. Clin Radiol 2014;69:82–95. [6] Berber R, et al. Clinical usefulness of SPECT-CT in patients with an unexplained pain in metal on metal (MOM) total hip arthroplasty. J Arthroplasty 2015;30:687–94. [7] Dobrindt O, et al. Hybrid SPECT/CT for the assessment of a painful hip after uncemented total hip arthroplasty. BMC Med Imaging 2015;15:18. [8] Arˇcan P, Okudan Tekin B, S¸efizade R, Naldöken S, Bas¸tug˘ A, Özkurt B. The role of bone SPECT/CT in the evaluation of painful joint prostheses. Nucl Med Commun 2015;36:931–40.
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