Planificación sobre modelos virtuales en 3D y uso de bloques de corte personalizados en cirugía sustitutiva de rodilla

Abstract

En 2010 iniciamos un proceso de innovación tecnológica en la cirugía protésica de rodilla mediante la planificación sobre modelos virtuales en tres dimensiones a partir de imágenes de tomografía computarizada y el uso, como instrumental quirúrgico, de bloques de corte personalizados fabricados en poliamida mediante sinterizado selectivo por láser, tras su diseño asistido por ordenador. Estas plantillas se adaptan a la anatomía específica de cada rodilla a intervenir y permiten practicar las osteotomías necesarias para la implantación protésica con elevada precisión y sencillez. Sin embargo, la producción científica analítica de este tipo de sistemas a lo largo de los últimos diez años (más de trescientos artículos y de veinte metanálisis) objetiva escasa evidencia favorable a esta tecnología. El objetivo genérico de la presente tesis doctoral ha sido el análisis de las ventajas e inconvenientes de este tipo de instrumentales y, dada la amplitud del tema, hemos optado por limitar determinados aspectos en estudios más concretos, en forma de artículos científicos que se compendian en la presente tesis. Hemos analizado el grado de alteración que supone la adquisición de las imágenes de tomografía computarizada en descarga y hemos observado que los modelos 3D subestiman el grado de deformidad de la articulación de la rodilla, tanto en varo como en valgo cuando se comparan con estudios radiográficos de la extremidad completa en bipedestación. A pesar de la información precisa proporcionada por la tomografía computarizada y los modelos 3D (que debe la base para la planificación de las osteotomías), recomendamos también el estudio mediante telemetría para analizar la posición del eje de carga y para evaluar el grado de inestabilidad medio-lateral coronal. Hemos estudiado la anatomía rotacional femoral y tibial de 385 rodillas artrósicas y hemos observado la existencia de relaciones lineales entre la alineación en plano coronal y la geometría rotacional femoral distal y tibial proximal. Hemos estimado la pérdida de precisión del sistema respecto al grado de desalineación preoperatoria y hemos observado que la desalineación preoperatoria por debajo de 15º parece tener una influencia mínima en la alineación postoperatoria cuando se utiliza la tecnología a estudio. No obstante, el sistema pierde precisión, como todos los otros tipos de instrumental, ante deformidades severas. Hemos evaluado tridimensionalmente 35 prótesis de rodilla implantadas mediante esta tecnología y hemos comparado los valores angulares planificados con los obtenidos. Pese a existir una diferencia estadísticamente significativa, no existe un tamaño de efecto relevante y esta discrepancia estadística no se ha reflejado en el resultado clínico. Hemos analizado la capacidad del sistema para predecir el tamaño de los implantes definitivos de forma preoperatoria en 336 casos y hemos obtenido una coincidencia del 95,8% para el componente femoral y del 92,6% para el componente tibial. Ello permite reducir el inventario y el instrumental necesario, mejorando la eficiencia en el bloque quirúrgico. Hemos determinado el consumo de tiempo quirúrgico que ha sido significativamente menor, en términos estadísticos, cuando hemos empleado bloques de corte que cuando hemos empleado otros tipos de instrumental (9 minutos frente a instrumentales convencionales y 44 minutos frente a la cirugía asistida por navegador). Hemos realizado un análisis de costes y hemos observado que la cirugía con plantillas personalizadas no disminuye la estancia hospitalaria y que el incremento no significativo de su coste se ve parcialmente compensado por el decremento significativo del sangrado y, quizá, por un incremento de eficiencia en el bloque quirúrgico. Hemos ampliado la utilidad del sistema de planificación tridimensional a la cirugía de revisión de prótesis de rodilla y el uso de las plantillas como posicionadores de pines. Ello permite al cirujano transferir un complejo plan virtual preoperatorio a una situación quirúrgica real.

In 2010 we began a process of technological innovation in prosthetic knee surgery by planning on virtual 3D models based on computed tomography images and customised cutting blocks made of polyamide by selective laser sintering as surgical instruments after computer-aided design. These templates adapt to the specific anatomy of each knee to be operated on and allow the osteotomies required for prosthetic implantation with high precision and simplicity. However, the analytical scientific production of this type of system over the last ten years (more than three hundred articles and twenty meta-analyses) shows little evidence in favour of this technology. The general objective of this doctoral thesis has been to analyse the advantages and disadvantages of this type of instrumentation, and given the breadth of the subject, we have chosen to limit certain aspects in more specific studies in the form of scientific articles that summarised in this thesis. We have analysed the degree of alteration involved in the acquisition of unloaded computed tomography images and observed that 3D models underestimate the degree of knee joint deformity in both varus and valgus compared to radiographic studies of the whole leg in a standing position. Despite the accurate information provided by computed tomography and 3D models (which should be the basis for planning osteotomies), we also recommend radiographic studies to analyse the loading axis position and assess the degree of coronal mediolateral instability. We studied the femoral and tibial rotational anatomy of 385 arthritic knees and observed linear relationships between the coronal plane and the distal femoral and proximal tibial rotational geometry. We estimated the loss of accuracy of the system concerning the degree of preoperative misalignment and observed that preoperative misalignment below 15° appears to have minimal influence on postoperative alignment when using the technology under study. However, the system loses accuracy, like all other types of instrumentation, with severe deformities. We have evaluated three-dimensionally 35 knee prostheses implanted using this technology and compared the planned angular values with those obtained. Although there is a statistically significant difference, there is no significant effect size, and this statistical discrepancy was not reflected in the clinical outcome. We have analysed the ability of the system to predict the size of definitive implants preoperatively in 336 cases and obtained a 95.8% match for the femoral component and 92.6% match for the tibial component. This allows us to reduce the inventory and instrumentation required, improving efficiency in the surgical block. We determined the surgical time consumption, which was statistically significantly lower when we used cutting blocks than when using other instrumentation systems (9 minutes than conventional instrumentation and 44 minutes compared to navigator-assisted surgery). We performed a cost analysis and observed that surgery with customised templates does not decrease hospital stay and that the non-significant increase in cost is partially offset by the significant decrease in bleeding and, perhaps, by the increase in efficiency in the surgical block. We have extended the usefulness of the 3D planning system to revision knee replacement surgery and using the templates as pin positioners. This allows the surgeon to transfer a complex preoperative virtual plan into a real surgical situation.