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CD15-Fokus-Score zur Diagnostik der periprothetischen Gelenkinfektion

Neutrophile-Granulozyten-Quantifizierungs-Modus und Entwicklung einer morphometrischen Software („CD15-Quantifier“)

CD15 focus score for diagnostics of periprosthetic joint infections

Neutrophilic granulocytes quantification mode and the development of morphometric software (CD15 quantifier)

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Zeitschrift für Rheumatologie Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Hintergrund

Ziel der Arbeit war es, durch eine einfache lokalisationsunabhängige mikroskopische Quantifizierung (extravaskulär vs. intravaskulär) von neutrophilen Granulozyten (NG) in einem Gesichtsfeld der SLIM („synovial-like interface membrane“) eine indirekte bakterielle Infektionsdiagnostik zu erarbeiten. Durch diesen vereinfachten Quantifizierungsmodus sollte die Möglichkeit gegeben sein, eine automatische Software zu entwickeln („CD15-Quantifier“), die den Arbeitsaufwand des konzentrations- und zeitaufwendigen Zählprozesses reduziert.

Methoden

Es wurden 91 intraoperativ im Rahmen einer Revisionsoperation entnommene SLIM (n = 59 Hüfte, n = 32 Knie) histopathologisch klassifiziert. Der quantifizierende Auswertungsmodus folgte dem Prinzip der fokalen Maximalinfiltration (Fokus) mit Bewertung eines Gesichtsfeldes (0,3 mm2). Es wurde eine morphometrische Software („CD15-Quantifier“) entwickelt, die automatisch CD15NG quantifiziert.

Ergebnisse

Die SLIM-Fälle der Patienten mit positivem mikrobiologischem Befund (n = 47) weisen signifikant (p < 0,001, Mann-Whitney-U-Test) mehr CD15NG/Fokus auf als die der Patienten mit einem negativen mikrobiologischen Befund (n = 44). Als optimaler Schwellenwert bei der Diagnosestellung des periprothetischen Gelenkinfekts unter Anwendung des CD15-Fokus-Scores wurden 50 CD15NG/Fokus ermittelt. Dient die mikrobiologische Diagnose als Goldstandard, beträgt die Sensitivität des Diagnostikums 0,83, die Spezifität 0,864 (positiv prädikativer Wert: 0,87; negativ prädikativer Wert: 0,83; Accuracy: 0,846; „area under the curve“: 0,878). Ab einer Zellzahl größer als 62 ist der „CD15-Quantifier“ im Durchschnitt 32 s schneller als der Pathologe.

Schlussfolgerung

Der immunhistochemische CD15-Fokus-Score weist eine hohe diagnostische Güte auf und ermöglicht die Entwicklung einer Software „CD15-Quantifier“. Diese reduziert durch die Automatisierung den konzentrations- und zeitaufwendigen Prozess der mikroskopischen Zellauszählung und kann einen Beitrag zur standardisierten, histopathologischen Infektionsdiagnostik des periprothetischen Gelenkinfekts durch CD15NG-Quantifikation leisten.

Abstract

Background

The aim of this project was to devise a quantification method for neutrophils within a single focal point through the development of a CD15 focus score which enables bacterial infections in synovial-like interface membranes (SLIM) to be diagnosed.

Methods

In this study a histopathological classification of 91 SLIM removed during revision surgery from the hips (n = 59) and knees (n = 32) was performed. Neutrophils were identified immunohistochemically by means of a CD15-specific monoclonal antibody. The quantitative evaluation of CD15-positive neutrophils (CD15Ne) used the principle of maximum focal infiltration (focus) together with an assessment of a single focal point (0.3 mm2). This immunohistochemical approach made it possible to develop the CD15 quantifier software, which automatically quantifies CD15Ne.

Results

The SLIM cases with positive microbiological findings (n = 47) had significantly (p < 0.001, Mann-Whitney U-test) more CD15Ne/focal point than cases with negative microbiological findings (n = 44). A count of 50 CD15Ne/focal point was identified as the optimum threshold when diagnosing periprosthetic joint infections (PJI) using the CD15 focus score. If the microbiological findings are used as a gold standard, the diagnostic sensitivity is 0.83, and the specificity is 0.864 with a positive predictive value (PPV) of 0.87, a negative predictive value (NPV) of 0.83, an accuracy of 0.846 and an area under the curve (AUC) of 0.878. The evaluation of findings for the preparations using the CD15 quantifier software (n = 31) deviated by an average of 12 cells from the histopathological evaluation findings (CD15 focus score). Above a cell count of 62, the CD15-quantifier needs on average 32 s less than the pathologist.

Conclusion

The immunohistochemical CD15 focus score has a high diagnostic value and allowed the development of the CD15 quantifier software. This provides an automated procedure, which shortens the mentally tiring and time-consuming process of microscopic cell counting and thus makes a contribution towards the standardization of tools for diagnosing PJI.

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Danksagung

Teile dieses wissenschaftlichen Projektes wurden durch den ENDO-Verein e. V. (Hamburg) durch Drittmittelgabe (Forschungsantrag: Histo-pathologische Klassifikation der Arthrofibrose und Charakterisierung eines Immunomarkers als Basis für eine spezifische Diagnostik und Therapie) unterstützt.

Einhaltung ethischer Richtlinien

Interessenkonflikt. B. Kölbel, S. Wienert, J. Dimitriadis, D. Kendoff, T. Gehrke, M. Huber, L. Frommelt, A. Tiemann, K. Saeger und V. Krenn geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht. Der korrespondierende Autor bestätigt, dass der dargestellte CD15-Quantifier durch Kooperation von V.K. und B.K. mit der Firma VMscope, Berlin (S.W.) entwickelt worden ist. Die Präsentation des Themas ist dennoch nicht produktbezogen und somit unabhängig und die Darstellung der Inhalte produktneutral.

Alle im vorliegenden Manuskript beschriebenen Untersuchungen am Menschen wurden mit Zustimmung der zuständigen Ethik-Kommission, im Einklang mit nationalem Recht sowie gemäß der Deklaration von Helsinki von 1975 (in der aktuellen, überarbeiteten Fassung) durchgeführt. Von allen beteiligten Patienten liegt eine Einverständniserklärung vor.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Zentrum für Histologie, Zytologie und Molekulare Diagnostik, Max-Planck-Str. 5, 54296, Trier, Deutschland

    B. Kölbel &  V. Krenn

  2. VMscope-Berlin, Berlin, Deutschland

    S. Wienert & K. Saeger

  3. Universität Trier, Trier, Deutschland

    J. Dimitriadis

  4. HELIOS ENDO-Klinik, Hamburg, Deutschland

    D. Kendoff & T. Gehrke

  5. Pathologisch-bakteriologisches Institut, Otto Wagner Spital, Wien, Österreich

    M. Huber

  6. Mikrobiologie und Infektionsepidemiologie in Hamburg, Hamburg, Deutschland

    L. Frommelt

  7. Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, SRH Zentralklinikum Suhl, Suhl, Deutschland

    A. Tiemann

Authors
  1. B. Kölbel
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  2. S. Wienert
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  3. J. Dimitriadis
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  4. D. Kendoff
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  5. T. Gehrke
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  6. M. Huber
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  7. L. Frommelt
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  8. A. Tiemann
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  9. K. Saeger
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  10. V. Krenn
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Kölbel, B., Wienert, S., Dimitriadis, J. et al. CD15-Fokus-Score zur Diagnostik der periprothetischen Gelenkinfektion. Z Rheumatol 74, 622–630 (2015). https://doi.org/10.1007/s00393-015-1571-8

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