MRI versus bone scintigraphy

Summary

Aim: This study was set up to determine the value of magnetic resonance imaging (MRI) and bone scintigraphy (BS) for the diagnosis of stress injuries in athletes, and furthermore to assess reliability and prediction of healing time. Patients, methods: Imaging data was analyzed retrospectively from 28 athletes who had received MRI and BS examinations for suspected stress injuries. MRI- and BSdata were rated by three specialists each in a blinded read, using a 5-point score (i.e. 0–4: inconspicuous to high-grade stress fracture). An interdisciplinary expert truth-panel set the reference standard. Standard statistical parameters, Fleiss' kappa (κ), and group comparisons were calculated. Results: The sensitivity, specificity, accuracy, positive predictive value (PPV), and negative predictive value (NPV) for detection of stress injuries were 71.4%, 85.7%, 78.6%, 83.3% and, 75.0%, for MRI and 92.9%, 73.8%, 83.3%, 78.0% and, 91.2% for BS, respectively. Interobserver reliability for the diagnosis of a stress injury was κ = 0.9 for BS and κ = 0.85 for MRI. Mean healing times of mild (grades 1 and 2) and severe (grades 3 and 4) stress injuries were 88 days (d) versus 142d for BS and 57d versus 116d for MRI. No significant difference in healing time could be shown. Conclusions: MRI and BS reliably detect stress injuries. MRI is to be recommended as the primary imaging modality due to its potential for assessment of differential diagnoses and the lack of radiation exposure, the value of BS lies in the exclusion of stress fractures after inconclusive MRI examinations.

Zusammenfassung

Ziel: Diese Studie überprüft den Stellenwert der Magnetresonanztomographie (MRT) und Skelettszintigraphie zur Diagnose von Stressfrakturen bei Sportlern. Darüber hinaus wurden die Zuverlässigkeit der Diagnostik und die Vorhersage der Heilungsdauer untersucht. Patienten, Methoden: In diese retrospektive Studie wurden Bilddaten von 28 Sportlern mit dem Verdacht auf eine Stressfraktur, die eine MRT-Untersuchung und eine Skelettszintigraphie erhalten haben, eingeschlossen. Die Analyse der Bilddaten erfolgte verblindet von jeweils drei Untersuchern nach einer 5-stufigen Gradeinteilung (i.e. 0: unauffällig bis 4: hochgradige Stressfraktur). Den Referenzstandard bildete der Entscheid eines interdisziplinären Expertengremiums. Statistische Standardparameter, Fleiss' kappa (κ) und Gruppenvergleiche wurden berechnet. Ergebnisse: Sensitivität, Spezifität , Korrektheit, positiv prädiktiver Wert (PPV) und negativ prädiktiver Wert (NPV) der MRT-Diagnostik für den Nachweis einer Stressfraktur betrugen 71,4%, 85,7%, 78,6%, 83,3% und 75,0% sowie 92,9%, 73,8%, 83,3%, 78,0% und 91,2% für die Skelettszintigraphie. Die Interobserverreliabilität für die MRT und Skelettszintigraphie wurden mit κ = 0,85 und κ = 0,9 bestimmt. Die durchschnittliche Heilungsdauer von leichten Stressreaktionen (Grad 1 und 2) verglichen mit schwereren Stressfrakturen (Grad 3 und 4) betrug für die MRT 57 Tage (d) bzw. 116 d. Für die Szintigraphie wurden Durchschnittswerte von 88 d und 142 d ermittelt. Eine Signifikanz zwischen den Gruppen konnte nicht gezeigt werden. Schlussfolgerung: Die MRT und Skelett szintigraphie stellen verlässliche Methoden zur Diagnose einer Stressfraktur dar. Wegen der besseren Beurteilung von Differenzialdiagnosen und der fehlenden Strahlenexposition sollte die MRT als primäre Untersuchungsmethode empfohlen werden. Die Stärke der Skelettszintigraphie liegt im Ausschluss von Stressfrakturen, insbesondere nach uneindeutigen MRT-Untersuchungen.

Keywords

Stress injury - magnetic resonance imaging - bone scintigraphy - grading - athletes

Schlüsselwörter

Stressfraktur - MRT - Skelettszintigraphie - Gradeinteilung - Sportler

^* Oliver Dobrindt and Birgit Hoffmeyer contributed equally to this work.

• References

• 1 Arendt E, Agel J, Heikes C. et al. Stress injuries to bone in college athletes: a retrospective review of experience at a single institution. Am J Sports Med 2003; 31: 959-968.
• 2 Arendt EA, Griffiths HJ. The use of MR imaging in the assessment and clinical management of stress reactions of bone in high-performance athletes. Clin Sports Med 1997; 16: 291-306.
• 3 Berger FH, de Jonge MC, Maas M. Stress fractures in the lower extremity. The importance of increasing awareness amongst radiologists. Eur J Radiol 2007; 62: 16-26.
• 4 Bergman AG, Fredericson M, Ho C. et al. Asymptomatic tibial stress reactions: MRI detection and clinical follow-up in distance runners. AJR Am J Roentgenol 2004; 183: 635-638.
• 5 Breithaupt J. Zur Pathologie des menschlichen Fusses. Medizin Zeitung 1855; 24: 169-177.
• 6 Bryant LR, Song WS, Banks KP. et al. Comparison of planar scintigraphy alone and with SPECT for the initial evaluation of femoral neck stress fracture. AJR Am J Roentgenol 2008; 191: 1010-1015.
• 7 Chisin R, Milgrom C, Giladi M. et al. Clinical significance of nonfocal scintigraphic findings in suspected tibial stress fractures. Clin Orthop Relat Res 1987; 220: 200-205.
• 8 Dobrindt O, Hoffmeyer B, Ruf J. et al. Blinded-read of bone scintigraphy: the impact on diagnosis and healing time for stress injuries with emphasis on the foot. Clin Nucl Med 2011; 36: 186-191.
• 9 Dutton J, Bromhead SE, Speed CA. et al. Clinical value of grading the scintigraphic appearances of tibial stress fractures in military recruits. Clin Nucl Med 2002; 27: 18-21.
• 10 Fredericson M, Bergman AG, Hoffman KL. et al. Tibial stress reaction in runners. Correlation of clinical symptoms and scintigraphy with a new magnetic resonance imaging grading system. Am J Sports Med 1995; 23: 472-481.
• 11 Gaeta M, Minutoli F, Scribano E. et al. CT and MR imaging findings in athletes with early tibial stress injuries: comparison with bone scintigraphy findings and emphasis on cortical abnormalities. Radiology 2005; 235: 553-561.
• 12 Hodler J, Steinert H, Zanetti M. et al. Radiographically negative stress related bone injury. MR imaging versus two-phase bone scintigraphy. Acta Radiol 1998; 39: 416-420.
• 13 Hulkko A, Orava S. Stress fractures in athletes. Int J Sports Med 1987; 8: 221-226.
• 14 Ishibashi Y, Okamura Y, Otsuka H. et al. Comparison of scintigraphy and magnetic resonance imaging for stress injuries of bone. Clin J Sport Med 2002; 12: 79-84.
• 15 Iwamoto J, Takeda T. Stress fractures in athletes: review of 196 cases. J Orthop Sci 2003; 8: 273-278.
• 16 Kiuru MJ, Pihlajamaki HK, Hietanen HJ. et al. MR imaging, bone scintigraphy, and radiography in bone stress injuries of the pelvis and the lower extremity. Acta Radiol 2002; 43: 207-212.
• 17 Landis JR, Koch GG. The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics 1977; 33: 159-174.
• 18 Lazzarini KM, Troiano RN, Smith RC. Can running cause the appearance of marrow edema on MR images of the foot and ankle?. Radiology 1997; 202: 540-542.
• 19 Matheson GO, Clement DB, McKenzie DC. et al. Stress fractures in athletes. A study of 320 cases. Am J Sports Med 1987; 15: 46-58.
• 20 Moran DS, Evans RK, Hadad E. Imaging of lower extremity stress fracture injuries. Sports Med 2008; 38: 345-356.
• 21 Roub LW, Gumerman LW, Hanley Jr EN. et al. Bone stress: a radionuclide imaging perspective. Radiology 1979; 132: 431-438.
• 22 Stechow. Fussödem und Röntgenstrahlen. Deutsche Militärärztliche Zeitschrift 1897; 26: 465.
• 23 Wen DY, Propeck T, Singh A. Femoral neck stress injury with negative bone scan. J Am Board Fam Pract 2003; 16: 170-174.
• 24 Yao L, Johnson C, Gentili A. et al. Stress injuries of bone: analysis of MR imaging staging criteria. Acad Radiol 1998; 5: 34-40.
• 25 Zwas ST, Elkanovitch R, Frank G. Interpretation and classification of bone scintigraphic findings in stress fractures. J Nucl Med 1987; 28: 452-457.