Michael Bachtler (Regensburg), Siegmund Lang (Regensburg), Markus Rupp (Regensburg), Susanne Bärtl (Regensburg), Michael Haimerl (Regensburg), Volker Alt (Regensburg), Maximilian Kerschbaum (Regensburg)
Abstract-Text deutsch
Einleitung
Bei der pyogenen Spondylodiszitis kommt es durch entzündliche Prozesse zur Destruktion der Bandscheibe und des angrenzenden Wirbelkörpers. Das Ausmaß des Knochenverlustes beeinflusst die Stabilität der Wirbelsäule und ist somit von Bedeutung für Therapieentscheidungen. Ziel der Studie war die Quantifizierung des Knochenverlustes mittels einer zuvor beschriebenen mathematischen Methode.
Material/ Methoden
Es wurden die Daten aller erwachsenen Patienten retrospektiv analysiert, welche zwischen den Jahren 2000 und 2020 in unserem orthopädisch-traumatologischen Zentrum wegen pyogener Spondylodiszitis im thorakolumbalen Bereich behandelt wurden. CT-DICOM Daten sowie Informationen zu den auslösenden Erregern wurden extrahiert. Die Volumenmessung wurde mittels der Open-Source-Segmentierungssoftware (3D) Slicer durchgeführt.
Ein Destruktionsquotient "t" wurde als Verhältnis zwischen dem mittels 3D Volumetrie gemessenen Volumen eines infizierten Wirbelkörpers und dessen mittels linearer Regression vorhergesagtem, normativem Volumen fallspezifisch berechnet.
Ergebnisse
31 Patienten erfüllten die Einschlusskriterien, darunter 15 weibliche und 16 männliche. Der Altersdurchschnitt war 67±9,2 Jahre. Der durchschnittliche BMI lag bei 32,4 kg/m2.
Der Wirbelkörper L2 war am häufigsten infiziert (Abb. 1). Die Lendenwirbelsäule (LWS) war häufiger betroffen als die Brustwirbelsäule (BWS).
Der durchschnittliche Destruktionsquotient über die gesamte Wirbelsäule betrug 0,91±0,3 (BWS: 0,82, LWS: 0,97). Dies entspricht einem durchschnittlichen Knochenvolumenverlust von 9% (Abb.2). Der Maximalwert lag bei 1,71, der Minimalwert bei 0,42.
Der Keimnachweis gelang bei 25 der 31 Patienten Die häufigsten Erreger waren Staphylokokken (58,6%) v.a. Staph. aureus, gefolgt von Enterobakterien (17,2%) und Enterokokken (10,3%). Die Subgruppenanalyse zeigte einen mittlere Volumenänderung von -18.0% in Fällen mit gram-positiven Erregern und von +1.4% mit gram-negativen Erregern (p=0,303). An der BWS wurde t mit 77.1±27.5 gemessen, an der LWS 93.6±41.9 (p=1.01).
Diskussion
Die Methode zur Messung von Wirbelkörpervolumina mit 3D-Slicer wurde bereits angewandt und kann verwendet werden (Egger et al., Sage Open Medicine, 2017).
Es konnte gezeigt werden, dass das Knochenvolumen bei pyogener Spondylodiszitis im Schnitt abnimmt.
In der Literatur ist uns keine vergleichbare Herangehensweise zur Messung und Beschreibung von Knochenvolumendestruktionen der Wirbelsäule bekannt.
Abb. 1 Übersicht über die Lokalisationen der infizierten Wirbelkörper bei pyogener Spondylodiszitis, y: Anzahl (n), x: Lokalisation
Abb. 2 Durchschnittliche Destruktionsquotienten für das Knochenvolumen von Wirbelkörper mit pyogener Spondylodiszitis. Darstellung als Boxplot, aufgeteilt nach BWS, LWS und gesamte Wirbelsäule. y: Destruktionsquotient (t), x: Lokalisation. Dargestellt sind die Mediane, obere und untere Quartile. Die Whisker zeigen das 95 Konfidenzintervall.
Abstract-Text englisch
Introduction
In pyogenic spondylodiscitis, inflammatory processes lead to destruction of the intervertebral disc and the adjacent vertebral body. The extent of bone loss influences the stability of the spine and is therefore important for therapeutic decisions. The aim of the study was to quantify bone loss using a previously described mathematical method.
Material/ Methods
The data of all adult patients treated for pyogenic spondylodiscitis in the thoracolumbar region in our orthopedic traumatology center between 2000 and 2020 were retrospectively analyzed. CT-DICOM data and information on the causative pathogens were extracted. Volume measurement was performed using the open-source segmentation software (3D) Slicer.
A destruction ratio "t" was calculated as the ratio between the volume of an infected vertebral body measured by 3D volumetry and its normative volume predicted by linear regression on a case-specific basis.
Results
31 patients met the inclusion criteria, including 15 females and 16 males. The mean age was 67±9.2 years. The mean BMI was 32.4 kg/m2.
The L2 vertebral body was the most frequently infected (Fig. 1). The lumbar spine (LS) was more frequently affected than the thoracic spine (TS).
The average destruction quotient over the entire spine was 0.91±0.3 (TS: 0.82, LS: 0.97). This corresponds to an average bone volume loss of 9% (Fig.2). The maximum value was 1.71, the minimum value 0.42.
The most frequent pathogens were staphylococci (58.6%), especially Staph. aureus, followed by enterobacteria (17.2%) and enterococci (10.3%). Subgroup analysis showed a mean volume change of -18.0% in cases with gram-positive pathogens and of +1.4% with gram-negative pathogens (p=0.303). At the TS t was measured as 77.1±27.5, at the LS 93.6±41.9 (p=1.01).
Discussion
The method for measuring vertebral body volumes with 3D slicers has already been applied and can be used (Egger et al., Sage Open Medicine, 2017).
It could be shown that bone volume decreases on average in pyogenic spondylodiscitis.
We are not aware of any comparable approach in the literature for measuring and describing bone volume destruction of the spine.
Fig. 1 Overview of the localizations of infected vertebral bodies in pyogenic spondylodiscitis, y: Number (n), x: Localization
Fig. 2 Average destruction quotients for the bone volume of vertebral bodies with pyogenic spondylodiscitis. Displayed as a boxplot, divided according to the thoracic spine, lumbar spine and entire spine. y: Destruction quotient (t), x: Localization. The medians, upper and lower quartiles are shown. The whiskers show the 95 confidence interval.