Early diagnosis of aseptic loosening of hip prosthetic components using acoustic arthrometry

封面

如何引用文章

全文:

详细

Background. One of the main causes of revision hip arthroplasty is aseptic loosening of prosthetic components. A non-invasive method for early detection of this complication is the assessment of prosthesis condition using a triaxial accelerometer — acoustic arthrometry.

The aim of the study — to evaluate the potential of acoustic arthrometry for early diagnosis of aseptic loosening of prosthetic components and polyethylene liner wear in hip prostheses.

Methods. The study was performed using a custom-designed device for non-invasive registration of vibrational and acoustic oscillations in the area of the implanted joint. Interpretation and analysis of the obtained acoustic signatures were performed using MATLAB software. Acoustic emission recordings were obtained from 120 patients: 40 with diagnosed aseptic loosening of prosthetic components, 40 with polyethylene liner wear, and 40 control patients with no complaints regarding prosthesis function. Predictors of aseptic loosening and polyethylene wear were identified using regression analysis.

Results. In a multivariate risk model of polyethylene liner wear, ROC analysis demonstrated optimal sensitivity (91.7%) and specificity (84.6%) of the proposed method. For diagnosing aseptic loosening of prosthetic components, the sensitivity and specificity were 79.5% and 65.8%, respectively.

Conclusion. Specific acoustic signatures analyzed using the developed evaluation criteria (Peak, Asymmetry, Width) correlated with radiographic findings and showed high specificity (84.6%) and sensitivity (91.7%). These results support the feasibility of using acoustic arthrometry as a screening tool for early detection of prosthetic component loosening and polyethylene wear.

作者简介

Baikozho Tashtanov

Tsivyan Novosibirsk Research Institute of Traumatology and Orthopaedics

编辑信件的主要联系方式.
Email: b.tashtanov95@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8553-9712
SPIN 代码: 6814-8599
俄罗斯联邦, Novosibirsk

Vitaliy Pavlov

Tsivyan Novosibirsk Research Institute of Traumatology and Orthopaedics

Email: pavlovdoc@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8997-7330
SPIN 代码: 7596-2960

Dr. Sci. (Med.), Associate Professor

俄罗斯联邦, Novosibirsk

Mikhail Rajfeld

Novosibirsk State Technical University

Email: rajfeld@corp.nstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8826-4240
SPIN 代码: 3492-4519

Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor

俄罗斯联邦, Novosibirsk

Vasily Vasyukov

Novosibirsk State Technical University

Email: vasyukov@corp.nstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-5938-0368
SPIN 代码: 3567-0608

Dr. Sci. (Tech.), Professor

俄罗斯联邦, Novosibirsk

Andrey Korytkin

Tsivyan Novosibirsk Research Institute of Traumatology and Orthopaedics

Email: andrey.korytkin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9231-5891
SPIN 代码: 2273-2241

Cand. Sci. (Med.), Associate Professor

俄罗斯联邦, Novosibirsk

参考

  1. Шубняков И.И., Риахи А., Денисов А.О., Корыткин А.А., Алиев А.Г., Вебер Е.В. и др. Основные тренды в эндопротезировании тазобедренного сустава на основании данных регистра артропластики НМИЦ ТО им. Р.Р. Вредена с 2007 по 2020 г. Травматология и ортопедия России. 2021;27(3):119-142. doi: 10.21823/2311-2905-2021-27-3-119-142. Shubnyakov I.I., Riahi A., Denisov A.O., Korytkin A.A., Aliev A.G., Veber E.V. et al. The Main Trends in Hip Arthroplasty Based on the Data in the Vreden’s Arthroplasty Register from 2007 to 2020. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2021;27(3):119-142. (In Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2021-27-3-119-142.
  2. Australian Orthopaedic Association National Joint Replacement Registry. Hip, Knee & Shoulder Arthroplasty. 2024 Annual Reports. Available from: https://aoanjrr.sahmri.com/annual-reports-2024.
  3. Pasqualini I., Benyamini B., Khan S.T., Zielinski M., Piuzzi N.S. Measures of Clinical Meaningfulness for the Hip Disability and Osteoarthritis Outcome Score Vary by Aseptic Revision Total Hip Arthroplasty Diagnosis. J Arthroplasty. 2025;40(9S1):S382-S388. doi: 10.1016/j.arth.2025.04.065.
  4. Брагина С.В. Современные возможности ранней лабораторной диагностики перипротезного остеолиза как предиктора развития асептической нестабильности эндопротеза тазобедренного сустава (обзор литературы). Гений ортопедии. 2020;26(2):261-265. doi: 10.18019/1028-4427-2020-26-2-261-265. Bragina S.V. Modern possibilities with early laboratory diagnosis of periprosthetic osteolysis predating aseptic loosening in total hip arthroplasty (literature review). Genij Ortopedii. 2020;26(2):261-265. (In Russian). doi: 10.18019/1028-4427-2020-26-2-261-265.
  5. Базлов В.А., Пронских А.А., Корыткин А.А., Мамуладзе Т.З., Ефименко М.В., Павлов В.В. Изучение биологической фиксации индивидуальных имплантатов при замещении посттравматических деформаций и дефектов вертлужной впадины. Гений ортопедии. 2023;29(6):609-614. doi: 10.18019/1028-4427-2023-29-6-609-614. Bazlov V.A., Pronskikh A.A., Korytkin A.A., Mamuladze T.Z., Efimenko M.V., Pavlov V.V. Biological fixation of customized implants for post-traumatic acetabular deformities and defects. Genij Ortopedii. 2023;29(6):609-614. (In Russian). doi: 10.18019/1028-4427-2023-29-6-609-614.
  6. Weintraub M.T., Hadley M.L., Bedard N.A., Abdel M.P., Taunton M.J., Hannon C.P. Custom Acetabular Components in Revision Total Hip Arthroplasty: A Systematic Review. J Arthroplasty. 2025;40(9S1):S588-S596.e3. doi: 10.1016/j.arth.2025.04.083.
  7. Cimatti P., Del Piccolo N., Mazzotta A., Dallari B., Pennello E., Dallari D. Use of structural bone allograft in revision hip arthroplasty for massive acetabular defect: A systematic review and meta-analysis. J Exp Orthop. 2025;12(2):e70241. doi: 10.1002/jeo2.70241.
  8. Pokorný D., Slouf M., Dybal J., Zolotarevová E., Veselý F., Jahoda D. et al. New metod for quantification of UHMWPE wear particles around joint replacements. Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2009;76(5):374-381. (In Czech).
  9. Cachão J.H., Soares Dos Santos M.P., Bernardo R., Ramos A., Bader R., Ferreira J.A.F. et al. Altering the Course of Technologies to Monitor Loosening States of Endoprosthetic Implants. Sensors (Basel). 2019;20(1):104. doi: 10.3390/s20010104.
  10. Moore M.S., McAuley J.P., Young A.M., Engh C.A. Sr. Radiographic signs of osseointegration in porous-coated acetabular components. Clin Orthop Relat Res. 2006;444:176-183. doi: 10.1097/01.blo.0000201149.14078.50.
  11. Gruen T.A., McNeice G.M., Amstutz H.C. «Modes of failure» of cemented stem-type femoral components: a radiographic analysis of loosening. Clin Orthop Relat Res. 1979;(141):17-27.
  12. Васюков В.Н., Райфельд М.А., Соколова Д.О., Таштанов Б.Р., Павлов В.В. Обработка и анализ сигналов для диагностики состояния эндопротеза тазобедренного сустава. Доклады АН ВШ РФ. 2024;(4): 48-63. doi: 10.17212/1727-2769-2024-4-48-63. Vasyukov V.N., Raifeld M.A., Sokolova D.O., Tashtanov B.R., Pavlov V.V. Processing and analysis of signals for diagnosing the condition of a hip joint endoprosthesis. Proceedings of the Russian Higher School Academy of Sciences. 2024;(4):48-63. (In Russian). doi: 10.17212/1727-2769-2024-4-48-63.
  13. Kapur R.A. Acoustic emission in orthopaedics: A state of the art review. J Biomech. 2016;49(16):4065-4072. doi: 10.1016/j.jbiomech.2016.10.038.
  14. Gao X.J., Murota K., Tomita Y., Ono M., Higo Y., Nunomura S. Evaluation of the Fixation of Artificial Hip Joint by Acoustic Emission. Jpn J Appl Phys. 1990;29(S1):215. doi: 10.7567/JJAPS.29S1.215.
  15. Kummer F., Jaffe W.L. Feasibility of using ultrasonic emission for clinical evaluation of prosthetic hips. Bull NYU Hosp Jt Dis. 2010;68(4):262-265.
  16. Georgiou A.P., Cunningham J.L. Accurate diagnosis of hip prosthesis loosening using a vibrational technique. Clin Biomech (Bristol). 2001;16(4):315-323. doi: 10.1016/s0268-0033(01)00002-x.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Figure 1. Schematic representation of the study method: option 1 — accelerometer is located in the area of the greater trochanter of the femur; option 2 — in the area of the anterior superior iliac spine

下载 (467KB)
索引源数据
3. Figure 2. Acoustic signature evaluation criteria. A separate rectangle shows a selectively taken normal pulse of the acoustic signature (indicated by converging black lines), which is analyzed from standpoint of the proposed criteria

下载 (1MB)
索引源数据
4. Figure 3 (а). General view of acoustic signatures, details of individual pulse peaks and X-rays of the hip in AP view: a — without loosening of hip prosthetic components;

下载 (2MB)
索引源数据
5. Figure 3 (b, c). General view of acoustic signatures, details of individual pulse peaks and X-rays of the hip in AP view: b — with wear of polyethylene liner, but without loosening of components; c — with loosening of the acetabular component (prolapse) and femoral component (stress shielding, resorption of Gruen zones 6 and 7) of hip prosthesis

下载 (4MB)
索引源数据
6. Figure 4. ROC curve (threshold value of 24.1%) of the multivariate model for predicting polyethylene liner wear

下载 (423KB)
索引源数据
7. Figure 5. ROC curve (threshold value of 42.5%) of the multivariate model for predicting prosthetic components loosening/destruction in all patients

下载 (493KB)
索引源数据

版权所有 © Eco-Vector, 2025

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».