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指导专家:厦门大学附属福州第二医院 林凤飞
01
前言
骨折相关感染(fracture-relatedinfection,FRI)是骨损伤后一种严重的并发症,其诊断具有挑战性。FRI有一系列的临床表现,将其与非感染性疾病区分开并不容易。术后早期感染的典型临床症状,如红、肿、热、痛等,与骨折正常愈合的特点一致。而后,更微妙的临床表现,如骨折不愈合或持续性疼痛都可归因于感染性和非感染性疾病。FRI的复杂性和多样性可能不利于建立统一的诊断标准。另外,由于缺乏对诊断的指导,这些患者的管理和治疗存在不确定性。
这些挑战突出了对标准化跨学科诊断和治疗方法的需求。与假体周围关节感染(periprosthetic joint infection,PJI)相比,针对肌肉骨骼损伤后感染的方案很少。因此,许多应用于FRI的手术和理念是来自于PJI的治疗方案。这两种疾病都有一个共同的、基于各种诊断支柱的多阶段诊断流程。然而,骨折和关节置换之间存在着重要的差异。因此,几乎没有科学证据来表明专门针对FRI诊断研究的预测价值,这一点令人吃惊。
本文的目的是总结现有证据,并为FRI的诊断提供建议。为此,首先将讨论最近发布的FRI共识定义中所包含的诊断标准,以及更新关于核扫描和组织病理学检查的建议。这次更新是基于第二次共识会议,会议不仅包括AO基金会和欧洲骨与关节感染协会(European Bone and Joint Infection Society,EBJIS),还包括骨科创伤协会(Orthopaedic Trauma Association)和PRO-Implant基金会。另外,还将提供与FRI相关的微生物采样技术和实验室操作流程的建议。
02
定义
2018年发布了上述关于FRI的共识定义。一般认为,FRI的某些特征可以作为感染的确凿证据,在定义中应给予更多的重视。其他不太特异的特征可能提示感染,但也可能出现在无感染的患者中。这导致了一套确诊标准(肯定存在感染)和疑似标准(可能存在感染)。本文末尾将提供由FRI共识小组提议的最新诊断流程图。
03
诊断标准
FRI的诊断是一个基于各种重要诊断支柱的多阶段过程。关于FRI共识定义的作者认为,缺乏可以作为这种定义依据的确凿证据。因此,纳入的许多标准都是以专家意见为基础的。在接下来的章节中,将根据现有证据描述和评估FRI患者的诊断可能性。
04
临床标准
在最近的2篇系统综述中,分析了用于定义FRI的临床特征。在第一篇综述中,作者明确了骨折内固定术后感染性并发症的科学定义。第二篇综述概述了1990-2017年间接受手术治疗的FRI患者的诊断标准、分类、治疗方案和与患者相关的结果测量。
两篇综述都描述了大量的临床体征,仅有两个无可争辩的决定性标准是化脓的引流液和伤口裂开/破裂。这与FRI的共识会议的结论一致:手术中发现瘘管、窦道或伤口破裂(与骨或内植物连通)和/或有伤口化脓的引流液被视为病因学,是FRI诊断的确诊临床征象。
据我们所知,没有研究报告全身或局部临床感染体征对FRI的预测价值。然而,共识小组接受了这样的观点,即可以通过临床体征表明患者存在FRI,包括局部组织发红、肿胀、局部体温升高、发热(≥38.3℃),或在术后头几天出现持续性增加或新发的伤口引流液。因此,这些体征被认为是提示发生了FRI的临床体征。重要的是要认识到,这些提示性的标准并不是病因学的,因此应该促使骨科医生进一步调查FRI的可能性。
05
血清炎性标志物
骨科手术中最常用的血清炎性标志物是白细胞计数(leukocyte count,LC)、C反应蛋白(C-reactive Protein,CRP)和血沉(erythrocyte sedimentation rate,ESR)。
白细胞,更具体地说是中性粒细胞,是第一批从血液中迅速募集到感染部位的先天性免疫细胞,并作为主要的吞噬细胞。白细胞和中性粒细胞的数量可以在血液中测量,因此,它们经常被用作(术后)感染的监测指标。尽管高于正常范围的增加可能是感染的迹象,但假如存在其他导致细胞损伤的原因,如创伤、手术、无菌性炎症、全身炎症性疾病和恶性肿瘤,它们的数量也会增加。据报道,在脊柱手术中,LC的最大值出现在手术后的第1天到第3天,在第4天到第6天之间下降到正常值。
已知CRP水平会随着各种刺激的增加而增加,如感染、组织损伤、急性冠脉综合征以及过敏。CRP的功能包括识别微生物的病原体。CRP的功能包括识别微生物病原体、激活补体途径和吞噬白细胞。在骨折患者中,CRP水平在第二天时达到最大值,然后在两周后恢复正常。
其他急性期蛋白(尤其是纤维蛋白原、结合珠蛋白和铜蓝蛋白)和免疫球蛋白(主要是IgM)会导致红细胞表面负电荷的减少,从而增加凝集和轮状形成(红细胞堆积)。因此,感染导致红细胞相对重量增加,表现为ESR升高。脊柱内固定术后的ESR峰值在第7-11天,之后逐渐下降至第6周。
3种炎症标志物(LC、CRP和ESR)的升高可见于创伤患者的全身炎症反应、术后组织损伤和手术感染。在最近的一项系统综述中,评估了血清炎性标志物CRP、LC和ESR在疑似慢性/迟发性FRI中的诊断价值。在总共8280篇已鉴定的论文中,只有6篇被纳入其中。CRP是最有用的血清炎性标志物,其敏感度为60.0%-100%,特异度为34.3%-85.7%(临界值为5.0-10.0 mg/L)。汇集结果的Meta分析显示所有3个炎性标记物单独的诊断价值有限。由于这些原因,所分析的血清炎性标志物(CRP、LC和ESR)不足以明确或排除慢性/迟发性FRI的存在。另一个使现有数据分析复杂化的问题是使用了不同的检测设备、实验室方案和/或阈值。
在日常临床实践中解释血清炎性标志物的结果时应慎重,仅应将其作为FRI的提示性标准。未来的研究,使用明确的FRI定义和标准化的实验室方案,将需要评估血清炎性标志物的持续价值,并评估它们在FRI诊断中的联合价值。
06
影像学检查
(1)明确是否存在FRI;
(2)了解疾病的解剖细节,如其延伸范围、是否存在间隔、窦道和/或皮质下脓肿,用于制定手术计划;
(3)明确骨折愈合的程度和内植物的稳定性。
出于这些目的,临床医生可以选择几种影像学检查和核医学成像技术。根据每个医疗中心的偏好和可用性,这些技术中最常用的是X线片、CT、MRI、三相骨扫描(3-phase bone,BS)、氟脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描(fluorodeoxyglucose positron emission tomography,FDG-PET)和白细胞闪烁成像(WBC scintigraphy)。近年来,这些影像学的诊断效果几乎以指数速度增长,这使得将历史数据与当前实践进行比较变得很难。只有一项研究回顾了最近关于影像学技术的文献(从2000年到2016年),尤其是对于FRI的诊断。
尽管没有关于传统X线片在FRI中诊断价值的高质量研究,但当怀疑与骨折相关的感染性并发症时,几乎总是首先采用这种影像学检查。X线片容易使用、价格便宜、操作迅速、辐射暴露低。X线片能提供有关骨折部位以及任何骨科内植物的完整性和稳定性的基线信息。假如需要更多的细节,可以进行CT扫描,这样可以更好地显示死骨和骨腔的存在。但其缺点是放射暴露和对FRI的鉴别能力较低(敏感度为47%,特异度为60%)。在传统X线片和CT扫描上普遍接受的感染提示征象是内植物松动、骨溶解、骨愈合失败(骨不连)、间隔和骨膜骨形成。
MRI对于软组织的病理成像非常有用。它对检测骨的形态变化也非常敏感,这使得它在检测特定的手术细节方面特别有用,如骨和软组织受累的程度以及死骨、窦道和/或皮质下脓肿的存在。然而,MRI可能难以区分感染、炎症和正常组织愈合的变化,并且尽管采用了金属伪影减少技术,金属内植物的散射可能会使某些成像细节变模糊。据报道,MRI检测FRI的灵敏度和特异度分别为82%-100%及43%-60%。
FRI的核医学成像主要包括BS、白细胞闪烁成像和/或FDG-PET。最近增加的一个重要补充是混合成像的可能性(单光子发射CT[singlephoton emission CT,SPECT]/CT、PET/CT、PET/MRI),这可以更好地显示解剖细节。BS的灵敏度很高(89%-100%)。但其特异度太低(0%-10%),不建议用于FRI。白细胞闪烁成像+SPECT诊断FRI的敏感度和特异度分别为79%-100%和89%-97%。白细胞闪烁成像的主要优点是其准确性不受近期手术的影响。然而,这种技术费时费力,而且在轴位上的准确性较低。这项技术是基于感染性疾病中激活的白细胞、单核细胞、淋巴细胞、巨噬细胞和巨细胞消耗葡萄糖作为能量来源。与SPECT相比,PET的主要优势是空间分辨率更高,而且PET的量化可能性更好。FDG-PET的另一个优点是它只需要一次扫描,而不像白细胞闪烁成像需要两个成像时间点(分别在再次注射标记的白细胞后3-4小时和20-24小时)。FDG-PET不应该用于检测术后1个月内的FRI。FDG-PET/CT检测FRI的灵敏度和特异度分别为65%-94%,以及76%-100%。图1-3分别展示了FRI在MRI、FDG-PET/CT,以及白细胞闪烁成像+SPECT/CT的表现。
图1:一例感染性肱骨近端骨折患者行X线片(A)T2-STIR MRI的图像(B为冠状面、C为矢状面)。MRI显示的感染范围包括皮肤缺损、肱骨近端积液/脓液伴周围水肿、窦道和邻近关节受累(可能累及关节盂)。
图2:1例57岁男性患者因机动车事故导致左侧股骨颈骨折、髌骨骨折和Gustilo-Anderson IIIB型开放性股骨远端关节内骨折并伴有节段性缺损(A:左侧股骨正位X线片)。切开复位内固定术后并发FRI,采用诱导膜(Masquelet)手术结合3个月的抗生素治疗。尽管患者完全负重,而且没有疼痛,但2.5年后,他的左大腿远端外侧出现了瘘管。左侧股骨X线片(B)显示内固定物完好,股骨颈骨折愈合,股骨骨折处内侧及外侧钢板上有骨形成。股骨缺损未见实变。术前检查采用FDG-PET/CT以评估FRI的范围。该检查显示了整个股骨和所有内植物都发生感染,并显示了软组织瘘的轨迹。C-F为18F-FDGPET/CT表现:(C)冠状位FDG-PET图像,(D)冠状位融合FDG-PET/CT图像,(E)矢状位融合FDGPET/CT图像,(F)有软组织瘘证据的横断位FDG-PET/CT图像。(E)术前有瘘管的临床体征(黑色箭头)。(F)术中表现:去除外侧板上的骨质,显示感染。
图3:由阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)引起的骨折相关感染,发生在一名48岁男子的胫骨髓内钉固定术后。A,患者在胫骨髓内钉固定术后4个月,其中在一个远端锁定螺钉水平出现了一个引流性瘘管。B,右小腿正位X线片显示胫骨髓内钉和腓骨钢板接骨术。C-D,延迟(4小时)和迟发(20小时)静态时间衰减校正了右小腿的平面图像(前视图),显示向胫骨延伸的瘘管水平白细胞局灶性聚集。随着时间的推移,示踪剂累积增加,延伸增加,这表明存在感染。E,融合SPECT-CT的白细胞闪烁成像(示踪剂注射后4h)显示,在螺钉远端和远端锁定螺钉周围的瘘管水平,白细胞局灶性聚集增加。
总而言之,FRI的每一种影像学检查都有优缺点,目前,缺乏证据表明其中一种技术优于另一种技术。因此,目前影像学证据只能作为FRI的提示标准。尽管核素显像具有较高的诊断准确率,但仍不是明确FRI存在的决定性检查,因此也只能纳入FRI共识定义中作为FRI的建议标准。
07
微生物学
从至少2个单独的深层组织/植入标本中培养出不同的病原体被认为是FRI的确诊标准。另外,已鉴定出的病原体抗生素敏感性将可用于指导抗菌治疗的选择。导致内植物周围慢性/迟发性感染的微生物通常是在皮肤上共生的,因此与那些在微生物学部门采样或处理过程中可能污染的微生物相似。另外,微生物可以少量存在,也可以在生物膜中处于缓慢生长的状态。由于假阳性或假阴性的结果可能会导致采用了错误的治疗方案,采样和培养技术应该谨慎。
手术取样方案既往已在PJI中得到了验证,然后应用于FRI中。在可能的情况下,所有术前抗生素都应停药至少2周。尽管小规模的和回顾性的PJI相关研究表明,皮肤切开前单剂抗生素对样本的敏感度没有影响,但在有抗生素存在的情况下,实验室中的微生物生长有被抑制的风险。因此,在疑似感染的情况下,取样后立即给予抗生素治疗可能更有利。应该采集5个或更多深层组织或液体样本,在理想情况下应从内植物-骨界面处采集。为避免交叉污染,建议在此过程中尽量减少对目标区域的操作(“非接触技术”),并对所获得的每个样本采用单独的、未使用的手术器械。为此,可以装配一套简单的取样手术器械。应避免取到浅层、皮肤处或窦道的样本,因为这些样本会培养出对FRI致病原没有预测价值的定植微生物。由于与组织学培养相比产量较低,因此不应使用拭子。这套关于组织取样技术原则的应用表明,微生物学鉴定的应用显著增加了,FRI的致病原更容易明确了。
骨针穿刺抽液和闭合骨针穿刺活检,尽管在其他临床感染性疾病中很重要,但在FRI中似乎没有帮助。骨针穿刺抽液主要用于小儿骨髓炎和椎体骨髓炎,但尚未在FRI中进行研究。影像学引导下的闭合骨针穿刺活检还没在FRI中进行专门的研究。慢性骨髓炎的闭合骨针穿刺活检组织学培养收效甚微。另外,在FRI中,采集深层组织样本需要进行手术清创。因此,在FRI中不提倡使用骨针穿刺抽液或闭合骨针穿刺活检。
发热时应进行血培养(单次口腔温度测量≥38.3℃)。在慢性迟发性FRI病例中,血培养的培养成功率较低,尤其是与组织学培养相比,因为这些FRI病例中很少有与菌血症相关的。
(1)认识到这些是深部内植物的相关样本,因此需要将每个样本分开处理(即不合并样本);
(2)考虑破坏潜在生物膜的方法;
(3)使用适当的增菌培养基(如血液培养瓶)培养足够长的时间;
(4)对每个微生物进行全面鉴定和广泛的抗菌谱测试,以便区分菌株,并为抗菌治疗提供多种选择。
促进组织样本生物膜破坏的方法包括用无菌玻璃珠旋转,可以采用珠磨机旋转或单独旋转。由于微生物可能缓慢生长和少量存在,营养富集培养是必不可少的。在亚急性或慢性感染中,平板培养不是必需的,而且敏感度较低。增菌营养培养基可以在阴天多云时或在规定的时间(如5天)后传代培养。然而,有些微生物需要更长的生长时间,需要更晚地进行传代培养。使用自动化方法,含病原体的培养通常在第3天呈阳性,大多数在第5天呈阳性。要培养生长较慢的微生物,培养应持续10-14天,具体取决于检测方法。当培养呈阳性时,所有的分离物都应该用标准的实验室鉴定方法进行鉴定,并应获得扩展的抗生素谱。
可以考虑对内植物材料(如钢板、髓内钉、皮质骨)进行超声波处理,但每个内植物仅能代表一个样本。菌落形成单位数量的半定量截点有助于区分PJI中的感染和污染。但是,由于骨折固定内植物可能要在手术开始后一段时间才能移除,而且手术部位可能会受到污染,因此这些结果也需要结合其他诊断结果进行解释。在PJI中,据报道,当在术前14天内停用抗菌药物时,超声波裂解液培养比组织学培养更敏感。可用的证据超声波裂解取样和组织学检测(分子诊断和组织病理学)诊断FRI在最近的一次系统回顾和分析表明,在FRI中,超声波裂解法培养可能是一种可用于辅助传统组织学培养的方法,但它不比组织学培养优越。总体而言,研究有不同的“金标准”定义标准进行比较,培养方法的报道也很少。作者的结论是,研究超声波裂解法培养诊断FRI准确性的科学证据仍不足。最近,一项针对已发表的关于感染的临床,以及综合临床和微生物学定义“黄金标准”的组织培养和超声培养效果匹配研究发现,组织学培养优于超声波裂解液培养。
总而言之,应坚持采用严格、明确的组织学取样方案和实验室方法,以便优化诊断、治疗和长期结果。尽管超声波裂解似乎是传统组织培养的辅助手段,但其在FRI诊断过程中的真正价值仍有待明确。
08
分子生物学
聚合酶链式反应(Polymerasechain reaction,PCR)是一种可以用来扩增细菌DNA的技术。过去,扩增的PCR产物是通过琼脂糖凝胶电泳(Gel-based PCR)来显示的。在过去的几年里,大多数基于凝胶的PCR检测已经被实时PCR(real-time PCR)所取代。实时PCR具有速度快和不易交叉污染的优点,因为它是在封闭的系统中进行的。据报道,对组织、滑液或超声波裂解液进行的分子技术可以在PJI中提供有价值的补充信息,但在FRI中,证据却不那么明确。在上述的系统综述中,评估了PCR技术对FRI的诊断价值,其中包括两项研究。第一项研究评估了深部伤口拭子的16S核糖体RNA PCR的诊断价值。这项研究的价值有限,因为深层组织拭子不能充分代表骨骼中的病原体,因此不是治疗的标准。另一项研究集中评估在超声波裂解液中进行多次PCR的有效性。研究发现,超声波裂解液PCR诊断FRI的效果与组织培养相当。
总之,分子技术对FRI诊断价值的证据很少,而且是基于小规模的研究。它对诊断FRI的益处尚未明确,对诊断效果进行进一步的研究是有必要的。
09
组织病理学
在PJI中,从假体周围组织的组织病理学分析中观察到的5个400×高倍镜视野中,每个高倍镜视野有≥5个多形中性粒细胞(polymorphonuclearneutrophils per high-power field,PMN/HPF)的存在被认为是PJI的一个重要术中标准。在FRI共识定义中,使用细菌和真菌的特殊染色技术在深部组织标本中发现可见微生物的存在被认为是FRI的确诊标志。有综述对FRI组织标本的组织病理学检查证据进行了回顾,但这个领域文献研究有限,因为只有3项研究可以纳入。然而,最近发表了一项关于定量组织病理学诊断慢性/迟发性FRI价值的研究。在这项研究中,使用了一种新的双模型法来明确或排除感染。完全不存在多形中性粒细胞与无菌性骨不连有很高的相关性(特异度为98%,阳性预测值为98%)。另一方面,>5PMN/HPF总是与感染相关(特异度为100%;阳性预测值为100%)。临床体征、≥2的微生物培养和双模型组织病理学分析(不存在NPs比>5PMNs/HPF)的组合使诊断准确率高达96.8%。这项研究的作者建议,这些组织病理学标准可以被认为是慢性/迟发性骨折(例如骨折不愈合)。
总之,通过深部组织标本的特殊染色技术在组织病理学上明确微生物的存在是FRI的确诊标志。与急性炎症细胞浸润相关的组织病理学标准(无PMNs比>5PMNs/HPF)现在也为慢性/迟发性病例(即骨折不愈合)构建了价值,因此应包括在FRI共识定义中作为确诊标准。
10
结论
综上所述,与FRI诊断标准相关的科学证据有限。关于血清炎性标志物、影像学检查、组织取样和超声穿刺取样、分子生物学和组织病理学诊断的准确性,目前仅有少量研究可用。目前尚无关于临床参数用于诊断此病的价值的验证性研究。由于缺乏科学证据,无法开发出完全基于可靠证据的诊断临床路径。最近发表的FRI共识定义似乎是一个正确的开端,并为临床医生提供了标准化临床报告和提高已发表文献质量的机会。这也应该能对(疑似)FRI患者的诊断采用标准化的临床方法。
除了既定的标准之外,越来越多的证据表明,核医学和组织病理学应该在诊断的过程中发挥作用。在2018年的第二次共识会议(包括AO基金会和EBJIS的专家,还包括骨科创伤协会和PRO-Implant基金会的专家)上,这两项标准应包括在FRI共识定义中。表1展示了诊断FRI的主要建议。在发表以来的短时间内,FRI的共识定义已经被应用于2个临床研究的设计。在进一步的临床研究中继续采用和评估这一定义将使该定义得到验证,并提高未来比较结果研究的质量。
表1:关键建议 |
当发生骨折愈合不良,应始终考虑存在FRI的可能。 存在FRI确诊证据时应制定多学科的治疗策略。 存在FRI疑似证据时应进一步调查FRI存在的可能。 FRI唯一的临床确诊体征是术中发现瘘管、窦道或伤口破裂和/或有伤口化脓的引流液。 在解释FRI血清炎性标志物的结果时需谨慎,因为它们的预测价值很低。 选择何种影像学检查取决于该医疗中心是否能用此检查以及考虑需要解决的问题。 相比MRI,核医学成像(FDG-PET/CT或白细胞闪烁成像+SPECT/CT)对FRI的检出更准确,但MRI对手术相关细节的显示率更高。因此,除影像学证据外,核医学证据应包括在核医学证据的诊断路径(定义)中。 随着组织病理学证据的累积,将其纳入慢性/迟发性病例(如骨不连)的诊断路径(定义)中似乎是合理的。 |
来源:骨今中外
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