Summary
Este artículo presenta un método de cirugía ortopédica asistida por robot para la colocación de tornillos durante el tratamiento de la fractura del cuello femoral utilizando el sistema del cuello femoral, que permite una colocación más precisa de los tornillos, una mejor eficiencia quirúrgica y menos complicaciones.
Abstract
La fijación con tornillo canulado es la terapia principal para las fracturas del cuello femoral, especialmente en pacientes jóvenes. El procedimiento quirúrgico tradicional utiliza fluoroscopia de brazo en C para colocar el tornillo a mano alzada y requiere varios ajustes de alambre guía, lo que aumenta el tiempo de operación y la exposición a la radiación. La perforación repetida también puede causar daño al suministro de sangre y la calidad ósea del cuello femoral, que puede ser seguido por complicaciones como aflojamiento de tornillos, falta de unión y necrosis de la cabeza femoral. Con el fin de hacer la fijación más precisa y reducir la incidencia de complicaciones, nuestro equipo aplicó cirugía ortopédica asistida por robot para la colocación de tornillos utilizando el sistema de cuello femoral para modificar el procedimiento tradicional. Este protocolo introduce cómo importar la información de rayos X de un paciente en el sistema, cómo realizar la planificación de la trayectoria del tornillo en el software y cómo el brazo robótico ayuda en la colocación del tornillo. Usando este método, los cirujanos pueden colocar el tornillo con éxito la primera vez, mejorar la precisión del procedimiento y evitar la exposición a la radiación. Todo el protocolo incluye el diagnóstico de fractura de cuello femoral; la recolección de imágenes radiográficas intraoperatorias; planificación de la ruta del tornillo en el software; colocación precisa del tornillo bajo la ayuda del brazo robótico por parte del cirujano; y verificación de la colocación del implante.
Introduction
La fractura del cuello femoral es una de las fracturas más comunes en la clínica y representa alrededor del 3,6% de las fracturas humanas y el 54,0% de las fracturas de cadera1. Para pacientes jóvenes con fracturas de cuello femoral, el tratamiento quirúrgico se realiza para reducir el riesgo de necrosis de la cabeza femoral (NHF) por no unión y fijación interna rígida y para restaurar su función al nivel preoperatorio tanto como sea posible2. El tratamiento quirúrgico más utilizado es la fijación mediante tres tornillos de compresión canulados (CCS). Con el aumento de los requerimientos de los pacientes, especialmente en pacientes jóvenes, el sistema del cuello femoral (SNF) está siendo utilizado gradualmente, que combina las ventajas de estabilidad angular, mínima invasividad y mejor estabilidad biomecánica que la ECC para fracturas inestables del cuello femoral3.
Tradicionalmente, los cirujanos colocaban los tornillos a mano alzada bajo guía intraoperatoria fluoroscópica. El método a mano alzada tiene muchas deficiencias, como la incapacidad de planificar la trayectoria intraoperatoria, la dificultad para controlar la dirección del alambre guía durante la perforación, el daño al hueso y al suministro de sangre debido a la perforación repetida y la penetración del tornillo a través de la corteza debido a un posicionamiento incorrecto. Estos factores pueden causar directa o indirectamente complicaciones postoperatorias, como falta de unión de fracturas, NHF y fracaso de la fijación interna, que influyen en el pronóstico funcional4. El método a mano alzada también se ha asociado con un aumento de la lesión por radiación a pacientes y cirujanos por fluoroscopias frecuentes5. Por lo tanto, determinar el punto de entrada óptimo del tornillo y la colocación precisa del tornillo durante la planificación preoperatoria son clave para el éxito de la operación. En los últimos años, la fijación interna mínimamente invasiva asistida por robot ha sido utilizada con creciente frecuencia en cirugía ortopédica6, y es ampliamente aceptada por los cirujanos ortopédicos debido a su alta precisión y su capacidad para reducir el tiempo de operación y la lesión por radiación. Aplicamos el sistema de cirugía ortopédica asistida por robot para ayudar en la fijación de FNS para el tratamiento de fracturas de cuello femoral, lo que resultó en un proceso de colocación de tornillos más preciso y eficiente, una mayor tasa de éxito de la colocación de tornillos y una mejor recuperación funcional.
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Protocol
El presente estudio fue aprobado por el comité de ética de la Universidad Xi'an Jiaotong del Hospital Honghui. Se obtuvo el consentimiento informado de los pacientes.
1. Diagnóstico de fractura de cuello femoral por fluoroscopia de rayos X
- Identificar a los pacientes que tienen una fractura de cuello femoral con sensibilidad o dolor de percusión alrededor de la articulación de la cadera, acortamiento de la extremidad inferior, limitación de la articulación de la cadera, etc.
- Use una vista anteroposterior (AP) y una vista lateral de una fluoroscopia de rayos X o una tomografía computarizada para diagnosticar la fractura del cuello femoral.
- Ordenar tratamiento FNS para pacientes menores de 60 años y diagnosticados con fractura de cuello femoral. Utilice estos criterios adicionales para la inclusión: fractura con antecedentes claros de trauma; sin antecedentes o evidencia de enfermedades metabólicas o fracturas patológicas; articulación de la cadera bien desarrollada, sin manifestaciones de FHN y sin deformidad; un diagnóstico de fractura del cuello femoral mediante una radiografía o una tomografía computarizada.
2. Reducción del cierre de fracturas, examen de rayos X y preparación del sistema de cirugía ortopédica asistida por robot
- Después de la anestesia general, realice una reducción cerrada de la fractura mediante tracción manual y ajuste.
- Restaurar la longitud de la extremidad afectada por tracción longitudinal con el cirujano sosteniendo la extremidad para la tracción, y restaurar la alineación de la brecha de fractura a través de la rotación de la extremidad.
- Fije la extremidad al lecho de tracción (una especie de mesa de operaciones que proporciona tracción continua de la extremidad) para una tracción continua durante la operación.
- Examinar la calidad de la reducción cerrada por fluoroscopia de rayos X. Restaure el ángulo cuello-eje y la alineación de la corteza en las vistas AP y lateral, y asegúrese de que no se produzcan deformidades angulares.
- Antes de la operación, conecte los componentes del sistema de cirugía ortopédica asistida por robot (la estación de trabajo, el sistema de seguimiento óptico y el brazo robótico) con la máquina de rayos X del brazo en C. Inicie sesión en el sistema y registre los registros médicos del paciente.
3. Desinfección, recolección de imágenes y planificación de la ruta quirúrgica
- Después de la desinfección quirúrgica de rutina, coloque un pasador de Schanz en el ala ilíaca ipsilateral y fije el marcador del paciente en el pasador.
- Coloque mangas protectoras estériles en el brazo robótico y el brazo en C. Ensamble la regla de posicionamiento (con los 10 puntos de identificación en la regla de posicionamiento para el sistema de posicionamiento del robot) con el brazo robótico.
- Coloque la máquina de rayos X del brazo en C en el centro del cuello femoral y coloque el brazo robótico con la regla de posicionamiento entre el brazo en C y el paciente. Asegúrese de que no haya obstrucción del sistema de seguimiento óptico, incluido el trazador de pacientes y el brazo robótico.
- Recopilar imágenes de rayos X de vista AP (el intensificador de imagen de rayos X es perpendicular al plano del paciente) y vista lateral (el intensificador de imagen de rayos X es perpendicular al plano del canal del cuello femoral) que contienen los 10 puntos de identificación de la regla de posicionamiento.
- Importe las imágenes AP y de vista lateral en la estación de trabajo; Las imágenes deben contener claramente 10 puntos de identificación y todo el fémur proximal.
- Realice la planificación de la trayectoria del tornillo quirúrgico en el software de la estación de trabajo.
- Localice el canal de tornillo en el centro del cuello femoral, con un ángulo cuello-eje de 130° y paralelo al eje largo del cuello femoral en el AP y vistas laterales.
- Localice la punta del tornillo 5 mm debajo del cartílago de la cabeza femoral.
4. Colocación y verificación del FNS
- Reemplace la regla de posicionamiento en la manga del brazo robótico. Ejecute el brazo robótico hasta la posición del punto de entrada de acuerdo con la ruta planificada. Haga una incisión de 3 cm en la piel a lo largo del eje largo del fémur con un cuchillo, separe de forma contundente el tejido subcutáneo e inserte la manga para entrar en contacto con la corteza ósea.
- Confirme el punto de entrada y la dirección del manguito de acuerdo con la ruta planificada. Ajuste la ruta si es necesario.
- Perfore el alambre guía en el hueso a través del manguito hasta que esté a 5 mm del hueso subcondral. Retire el brazo robótico y compruebe la posición del alambre guía mediante rayos X.
- Vuelva a esmaltar el orificio a lo largo del alambre guía con una broca hueca e inserte el perno y la placa en la cabeza femoral. Coloque el tornillo antirrotación y el tornillo de bloqueo.
- Aplique compresión dinámica utilizando el diseño de compresión del FNS. La fluoroscopia verifica la colocación del FNS, con el perno en el centro del cuello femoral tanto en las vistas AP como laterales y a 5 mm del hueso subcondral, y con la placa que se ajusta al hueso.
- Sugerir actividades asistidas de flexión pasiva de cadera y ejercicio activo de las articulaciones de rodilla y tobillo después de la operación. Realizar seguimientos a las 4 semanas, 8 semanas, 12 semanas, 24 semanas, 36 semanas y 48 semanas después de la operación, con el tiempo de soporte de peso dependiendo del seguimiento.
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Representative Results
El sistema de cirugía ortopédica asistida por robot simula la trayectoria del tornillo virtualmente y ayuda en la colocación precisa del tornillo, lo que significa que este sistema tiene las ventajas de ser altamente estable, tener una mayor precisión quirúrgica y tasa de éxito, y tener un menor riesgo de trauma quirúrgico y lesiones por radiación. Finalmente, la precisión de la fijación del tornillo resulta en un mejor pronóstico clínico y una menor incidencia de complicaciones.
Los pacientes diagnosticados con una fractura de cuello femoral recibieron cirugía. Se utilizaron tratamientos profilácticos antiinfecciosos y anticoagulantes después de la cirugía. Los pacientes llevaron a cabo actividades asistidas de flexión pasiva de cadera e instruyeron entrenamiento de fuerza de las extremidades inferiores. Dentro de las 2 semanas posteriores a la cirugía, a los pacientes se les permitió realizar la flexión activa de la articulación de la cadera en la cama. Los pacientes podían realizar movimientos sin soporte de peso con la ayuda de un bastón después de 4 semanas. El examen de rayos X se realizó en los seguimientos cada 4 semanas; Si la línea de fractura era borrosa, los pacientes podían llevar a cabo ejercicios parciales de soporte de peso. Los pacientes pudieron intentar caminar con peso completo cuando las imágenes de rayos X mostraron que la fractura se había curado. La función de la cadera se evaluó de acuerdo con el sistema de puntuación de cadera de Harris en el seguimiento final (Tabla 1).
Las imágenes radiográficas previas a la operación de la fractura del cuello femoral se muestran en la Figura 1 (Figura 1A: vista AP; Figura 1B: vista lateral). La Figura 2 ilustra que la fractura se redujo por reducción cerrada (Figura 2A, B) a una posición adecuada (Figura 2C, D). El sistema de cirugía ortopédica asistida por robot preparado se muestra en la Figura 3. Se demuestran las imágenes radiográficas recogidas utilizando el marcador del paciente (Figura 4A) y la regla de posicionamiento (Figura 4B), con la regla de posicionamiento entre el brazo en C y el paciente (Figura 4C, D), así como las imágenes de fluoroscopia que contienen la regla de posicionamiento (Figura 4E, F). La planificación de la trayectoria quirúrgica se realizó en el software y el canal de tornillo se mostró virtualmente (Figura 5). El brazo robótico corrió en la dirección planificada (Figura 6A), el brazo robótico ayudó con la colocación del cable guía (Figura 6B) y la posición del cable guía se verificó mediante rayos X (Figura 6C). La Figura 7 muestra la estructura del FNS (Figura 7A), el proceso de escariado (Figura 7B, C), la colocación del perno y la placa, el tornillo antirrotación y el tornillo de bloqueo (Figura 7D-F). La Figura 8 presenta las imágenes radiográficas de verificación (Figura 8A: vista AP, Figura 8B: vista lateral) y la pequeña incisión en la piel (Figura 8C).
Figura 1: Imágenes radiográficas del paciente. Las imágenes radiográficas previas a la operación de la fractura del cuello femoral del paciente. (A) vista AP; (B) vista lateral. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Reducción cerrada manual de la fractura. Las imágenes muestran (A, B) reducción manual de la cadera afectada y (C) la vista AP y (D) la vista lateral de las imágenes de rayos X después de la reducción. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: El sistema de cirugía ortopédica asistida por robot. El sistema consta de la estación de trabajo (izquierda), el sistema de seguimiento óptico (centro) y el brazo robótico (derecha). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Recolección de imágenes. (A) El trazador del paciente; (B) la regla de posicionamiento con el brazo robótico; (C, D) la posición relativa entre el sistema de seguimiento óptico (incluido el trazador del paciente y el brazo robótico), la máquina de rayos X del brazo en C y la regla de posicionamiento; (E) la vista AP y (F) imágenes de rayos X de vista lateral con la regla de posicionamiento. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Planificación de la ruta quirúrgica. Visualización del canal de tornillo virtual en el software. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: Asistencia del robot en la colocación del alambre guía. (A) El brazo robótico con la manga se mueve en la dirección planificada. (B) El cirujano perfora el alambre guía en el hueso a través de la manga. (C) Examen de la colocación del alambre guía por rayos X. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7: Colocación del FNS. (A) El FNS consiste en el perno y la placa (amarillo), el tornillo de bloqueo (verde) y el tornillo antirrotación (azul). (B,C) Escariado a lo largo del cable guía. (D,E,F) El perno y la placa se insertan en la cabeza femoral, y se colocan el tornillo de bloqueo y el tornillo antirrotación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8: Verificación por rayos X. La figura muestra (A) la vista AP y (B) las imágenes de rayos X de la fractura después de la compresión dinámica. (C) La apariencia de la herida. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Tabla 1: Detalles del paciente. La tabla muestra las características, la información quirúrgica y el seguimiento postoperatorio de todos los pacientes. Las fracturas se clasifican de acuerdo con la clasificación Garden7, y la función de la cadera se evalúa utilizando el sistema de puntuación de Harris8. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
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Discussion
FNS es un método para reparar fracturas de cuello femoral, que tiene las ventajas de la estabilidad angular de los tornillos deslizantes de cadera y la mínima invasividad de la colocación de los múltiples tornillos canulados. Este método es menos propenso al corte con tornillos y a la irritación de los tejidos blandos circundantes. En el estudio de Tang et al.9, en comparación con el grupo de CCS, los pacientes en el grupo de FNS tuvieron tasas más bajas de ausencia o leve de cortocircuito femoral, tiempos de curación más cortos y puntuaciones de Harris más altas. Los estudios biomecánicos han demostrado que FNS tiene mejores propiedades biomecánicas que CCS3. FNS es similar a CCS intraoperatoriamente en que ambos requieren una colocación precisa del tornillo a través del cuello femoral. En la cirugía tradicional, el tornillo es colocado a mano alzada por los cirujanos bajo fluoroscopia; Intraoperatoriamente, la manipulación percutánea, la desviación visual y la inestabilidad a mano alzada podrían conducir a un error de la posición real desde la posición ideal. La exposición radiológica repetida aumenta el daño por radiación tanto a los pacientes como a los cirujanos. Además, las complicaciones en pacientes más jóvenes, como la falta de unión, la NHF y el fracaso precoz del implante, están asociadas a las técnicas de fijación, y tienen una tasa de incidencia de hasta el 28%10. La precisión de la fijación del tornillo afecta directamente la resistencia de la fijación del tornillo y la tasa de cicatrización de las fracturas del cuello femoral11.
Con el desarrollo de sistemas de navegación por computadora y tecnología de presentación de imágenes médicas, los investigadores han logrado un buen pronóstico clínico a través de sistemas de navegación por computadora, especialmente en la fijación de sistemas de cirugía ortopédica asistida por robot para fracturas de cuello femoral, que es superior al procedimiento tradicional en términos de tener una mejor precisión quirúrgica y una mayor tasa de éxito, así como reducir el trauma quirúrgico y la lesión por radiación12, 13.
El sistema de cirugía ortopédica asistida por robot tiene la ventaja de una navegación y posicionamiento precisos. Los pasos críticos en la operación son la recolección de imágenes, la planificación de la trayectoria quirúrgica y la inserción del alambre guía. Los puntos de identificación y las imágenes fluoroscópicas biplanares de rayos X intraoperatorias se digitalizan para formar una correspondencia espacial para que el cirujano pueda planificar intuitivamente la trayectoria del tornillo en el software. Además, el brazo robótico proporciona un posicionamiento espacial preciso para la colocación del tornillo, con una precisión de hasta el nivel milimétrico. Zwingmannm et al.14,15 encontraron que la tasa de malposición del método convencional fue del 2,6% y la tasa de revisión fue del 2,7%, mientras que la tasa de malposición de la técnica asistida por navegación fue del 0,1% al 1,3%, y la tasa de revisión fue del 0,8% al 1,3%. Mientras tanto, la implantación de navegación robótica es altamente estable, con un límite de seguridad en la operación, lo que reduce en gran medida el riesgo de lesiones vasculares y nerviosas causadas por desviaciones en la colocación del tornillo.
Utilizamos el sistema de cirugía ortopédica asistida por robot para ayudar al proceso de colocación de FNS, y el tornillo se colocó en el sitio anatómico correspondiente de manera precisa y estable. Con la ayuda del robot, los cirujanos residentes podrían colocar el tornillo de forma más rápida y precisa. La curva de aprendizaje se puede acortar con la ayuda del robot, y las personas pueden volverse hábiles en la técnica asistida por robot a través de varias cirugías. Además, se puede eliminar la diferencia en los resultados quirúrgicos debido a las diferencias en los niveles técnicos de los cirujanos. La longitud y el diámetro de los tornillos se pueden planificar con anticipación para evitar lesiones en la articulación y los vasos sanguíneos causadas por los tornillos que penetran en la cabeza femoral. Esto reduce la incidencia de artritis traumática postoperatoria y NHF.
En el futuro, utilizaremos el sistema de cirugía ortopédica asistida por robot para ayudar a la colocación de tornillos de fijación internos en situaciones como un alto grado de Pauwels, conminución inferior posterior y deformidades combinadas, que hacen que el entorno biológico y biomecánico para la curación de fracturas sea más desafiante16. En estas situaciones, se requiere una fijación precisa para reducir la incidencia de complicaciones postoperatorias. Con la aplicación del sistema de cirugía ortopédica asistida por robot para la fijación interna de tornillos para fracturas femorales, el cirujano domina la planificación de la operación, obtiene la mejor ruta quirúrgica y logra la mayor precisión y eficiencia para la colocación de implantes. Este método es más propicio para la curación de fracturas, lo que permite una rehabilitación temprana y un buen pronóstico para superar lesiones quirúrgicas menores.
Sin embargo, existen algunas limitaciones para la colocación de la fijación interna asistida por robot de los tornillos de fractura del cuello femoral. En primer lugar, el cirujano debe tener experiencia en técnicas quirúrgicas tradicionales (reducción abierta/cerrada y fijación interna), para que las situaciones inesperadas puedan resolverse sin la ayuda del robot. En segundo lugar, los principios básicos del trabajo con robots y la finalización correcta de la recopilación de imágenes requieren un período de capacitación. Los cirujanos deben trabajar juntos para completar los pasos programados, y el tiempo de operación podría reducirse mejorando la cooperación competente. En tercer lugar, la manga recibe una alta tensión lateral por parte del tejido blando y puede conducir a una desviación en el punto de entrada13. La tensión del tejido blando alrededor de la manga podría reducirse mediante una separación roma antes de la inserción de la manga. Finalmente, la colocación precisa del tornillo depende de la posición espacial del sitio quirúrgico que coincida con la imagen; Varios factores pueden conducir a un cambio en la posición espacial o el desplazamiento relativo del marcador del paciente y el sitio quirúrgico, lo que se denomina deriva de la imagen17. El cirujano debe ser consciente de la desviación de la imagen durante la operación y verificarla. Las imágenes deben recopilarse nuevamente si es necesario.
El FNS ortopédico asistido por robot para las fracturas del cuello femoral es un procedimiento menos invasivo y eficiente en el tiempo con una baja tasa de complicaciones posoperatorias. Este método podría mejorar la precisión de la colocación de tornillos y reducir el daño por radiación durante la cirugía, al tiempo que acorta el proceso de aprendizaje para los cirujanos jóvenes.
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Disclosures
El(los) autor(es) declara(n) no tener conflictos de intereses potenciales con respecto a la investigación, autoría y/o publicación de este artículo.
Acknowledgments
Este trabajo fue apoyado por el Proyecto de Cultivo Juvenil de la Comisión de Salud de Xi'an (Programa No. 2023qn17) y el Programa Clave de Investigación y Desarrollo de la Provincia de Shaanxi (Programa No. 2023-YBSF-099).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| C-arm X-ray | Siemens | CFDA Certified No:20163542280 | Type: ARCADIS Orbic 3D |
| Femoral neck system | DePuy, Synthes, Zuchwil, Switzerland | CFDA Certified No: 20193130357 | Blot:length (75mm-130mm,5mm interval), diameter (10mm); Anti-rotation screw:length (75mm-130mm,5mm interval,match the lenth of the blot), diameter (6.5mm); Locking screw:length(25mm-60mm,5mm interval),diameter(5mm) |
| Robot-assisted orthopedic surgery system | Tianzhihang, Beijing,China | CFDA Certified No:20163542280 | 3rd generation |
| Traction Bed | Nanjing Mindray biomedical electronics Co.ltd. | Jiangsu Food and Drug Administration Certified No:20162150342 | Type:HyBase 6100s |
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