Artroplastia 3D PSI

Los cirujanos e ingenieros siempre están buscando nuevas formas de optimizar la colocación quirúrgica de los implantes de artroplastia articular. La instrumentación específica del paciente (PSI) se está desarrollando a través de prototipos rápidos y ya se ha puesto con éxito en una aplicación clínica masiva para la artroplastia de rodilla. Aunque el PSI 3D se ha utilizado en la artroplastia de hombro, no está claro si mejora la precisión y los resultados en comparación con los enfoques tradicionales en la artroplastia de hombro o de rodilla. PSI se ha limitado en la cadera a la colocación de implantes hechos a la medida y un pequeño número de cirujanos evaluando opciones de desarrollo de varios fabricantes. Los primeros resultados muestran que el uso de PSI en la artroplastia de cadera produce una ubicación correcta y constante del implante, pero a un costo mayor y con una influencia desconocida en los resultados clínicos.

Artroplastia 3D PSI y Articulaciones

El implante quirúrgico y los factores del paciente influyen en la función clínica de la artroplastia de cadera. El posicionamiento de los componentes, por ejemplo, es un factor de riesgo modificable que se ha relacionado con la insatisfacción del paciente, el desplazamiento, el desgaste, el pinzamiento, el rango de movimiento limitado y la desigualdad en la longitud de las piernas. El aflojamiento acetabular se produce después de la artroplastia de cadera hasta en el 50% de los casos. La cirugía asistida por computadora y la robótica se han utilizado para mejorar la precisión del posicionamiento de los componentes en la artroplastia de cadera, pero la adopción ha sido lenta debido a los altos precios, los tiempos de operación más prolongados y otros desafíos logísticos. Se ha informado que la artroplastia de cadera 3D PSI es exitosa.

La instrumentación específica del paciente (PSI) se ha creado recientemente para ayudar a la ubicación de los componentes durante la artroplastia de cadera. Este método emplea técnicas de imágenes por tomografía computarizada y resonancia magnética para planificar la cirugía en un entorno virtual tridimensional (3D). Luego, el cirujano puede planificar la orientación y la posición del implante en relación con un marco de referencia estándar y llevar a cabo el plan con el uso de sencillas instrucciones intraoperatorias específicas para el paciente.

Desde su inicio a mediados de la década de 1980 para la producción de productos y máquinas domésticas, la creación rápida de prototipos se ha empleado para una amplia gama de aplicaciones médicas y no médicas. PSI se desarrolló a partir de esto y ahora se usa en una variedad de especialidades quirúrgicas. El primer uso informado en ortopedia fue para desarrollar guías para ayudar en la colocación de tornillos pediculares en la columna vertebral en 1998, y desde entonces se ha ampliado para incluir guías para cirugía traumatológica y electiva de hombro, cadera, rodilla y tobillo.

PSI se utiliza cada vez más comercialmente en la artroplastia total de cadera para crear guías de corte y fijación personalizadas; sin embargo, un nuevo estudio ha cuestionado si PSI mejora la precisión de la alineación del implante o los resultados clínicos en comparación con la instrumentación tradicional. PSI para la artroplastia de hombro y tobillo ha mostrado resultados iniciales alentadores en términos de precisión en la colocación de los implantes; sin embargo, aún no se han establecido las aplicaciones comerciales y ningún estudio ha mostrado mejores resultados clínicos en la artroplastia de hombro o tobillo.

Aplicación 3D PSI en Artroplastia de Cadera

En la artroplastia de cadera, el PSI se utiliza para aumentar la precisión de posicionamiento del componente acetabular y femoral. El tamaño de la copa, la medialización del implante, la anteversión y la inclinación son objetivos de los sistemas de guía acetabular. Los sistemas de guía femoral intentan optimizar el tamaño y la ubicación del vástago, así como el desplazamiento, la longitud de la pierna y la versión del vástago. A nivel internacional, cuatro sistemas comerciales ya están disponibles. También se han publicado varias patentes sobre dispositivos que se han actualizado para mejorar los diseños existentes. En los Estados Unidos y Europa, Signature Hip (Zimmer Biomet), OPS (Corin Group) y MyHip (Medacta) están actualmente disponibles.

Para construir el modelo específico del paciente y el patrón de las guías e implantes requeridos, todos los sistemas también requerían imágenes preoperatorias con CT o MRI. La TC tiene dificultades para representar el tejido blando y proporciona una anatomía ósea bien definida con un bajo grado de artefacto. Los sistemas comerciales disponibles utilizan un régimen de radiación de dosis baja que ofrece una exposición a la radiación ligeramente mayor que la radiografía convencional, con un período de exploración de 11 minutos y un costo directo para el paciente de $55.

Los cuatro sistemas PSI de cadera comercializados comercialmente brindan orientación para la alineación del componente acetabular, pero solo dos incluyen una guía para la orientación del componente femoral. Las técnicas quirúrgicas varían según el producto, con abordajes quirúrgicos anterior, posterior y lateral accesibles según el sistema.

Aunque los modelos futuros pueden tener un componente de guía, la profundidad del fresado acetabular y, por lo tanto, la planificación para la correcta medialización del implante todavía se determinan a mano y con criterio profesional. Si es necesario, se pueden utilizar pasadores para guiar la posición del escariador. Antes de intentar la implantación en el paciente, hay disponibles modelos acetabulares impresos en 3D para ayudar a comprender la anatomía específica del paciente y cómo debe encajar la guía/implante.

Las guías de inserción restringidas y no restringidas se dividen en dos grupos, dependiendo de si la guía solo muestra la dirección de implantación correcta o ayuda físicamente a la inserción. Se utilizan puntos de referencia óseos y de tejido blando (como el ligamento acetabular transverso) para implantar una plantilla personalizada en el acetábulo, lo que garantiza una inserción precisa de las guías. La exposición quirúrgica es crítica en este paso, al igual que en la cirugía guiada convencional. Se utilizan alfileres o láseres para guiar la colocación de los implantes. Todos requieren precaución al preparar el sitio quirúrgico, especialmente al retirar el tejido blando para evitar eliminar los puntos de referencia requeridos en la planificación.

¿El PSI 3D mejora la precisión de la orientación de la copa?

Buller y sus colegas realizaron un ensayo de simulación de hueso seco con siete cirujanos que realizaron una artroplastia total de cadera tradicional seguida de una artroplastia completa de cadera guiada por PSI. El objetivo quirúrgico era insertar con precisión el implante acetabular en 22 grados de anteversión y 40 grados de inclinación, como estaba previsto. Seis de los siete componentes acetabulares en el grupo de instrumentación estándar estaban en una posición insatisfactoria en términos de inclinación y versión. Tres de los siete componentes acetabulares en el grupo PSI estaban desalineados en términos de versión, pero ninguno estaba desalineado en términos de inclinación.

Shandiz et al realizaron un estudio post mortem en el que se implantaron 12 caderas con componentes acetabulares guiados por PSI. Se utilizaron tomografías computarizadas preoperatorias para planificar la cirugía y tomografías computarizadas posoperatorias para evaluar la colocación y la orientación del implante. Esto demostró la capacidad de colocar el componente con precisión utilizando la guía PSI dentro de los 2,5 grados de la posición planificada, con una desviación máxima de la posición planificada de 2,7 grados.

Schwarzkopf et al utilizaron los instrumentos de reemplazo de cadera Bullseye PSI para la preparación acetabular y la implantación del cotilo en un estudio post mortem de 14 componentes acetabulares. Antes de la operación, se utilizaron TC y RM para evaluar el plan quirúrgico y construir el PSI. La precisión de la colocación del implante se demostró mediante imágenes de TC postoperatorias. Todas las dimensiones implantadas coincidían con las dimensiones preoperatorias del implante quirúrgico planificado, y la inclinación de la copa acetabular y los ángulos de anteversión estaban dentro del rango deseado.

Small et al examinaron a 18 pacientes que recibieron artroplastia total de cadera (ATC) con instrumentos convencionales con 18 pacientes que se sometieron a ATC con PSI en un estudio controlado aleatorio prospectivo. Se utilizaron imágenes de TC para comparar los resultados previstos y reales antes y después de la cirugía. Los hallazgos revelaron una diferencia estadísticamente significativa entre la instrumentación estándar y la instrumentación específica del paciente (PSI) en la versión del componente acetabular. La diferencia de inclinación no fue estadísticamente significativa.

Spencer-Gardner et al trataron a 100 pacientes con PSI para colocación de copa en un estudio prospectivo. Utilizaron un software de planificación de TC 3D para determinar la mejor inclinación y versión acetabular para cada paciente antes de la cirugía. Cada paciente se sometió a un abordaje quirúrgico posterolateral, y los implantes acetabulares se colocaron con precisión utilizando el sistema de guía láser PSI. La precisión de la colocación del implante se determinó comparando la posición real con el plan preoperatorio mediante TC 3D. Demostraron una colocación precisa dentro de los 5 grados en el 54 por ciento de los casos y dentro de los 10 grados en el 91 por ciento de los casos. Estos resultados son equivalentes a los obtenidos utilizando enfoques de navegación robótica y asistida por computadora.

Se han identificado algunos obstáculos para la implantación exitosa del cotilo, incluidos los errores cometidos durante el procedimiento de impactación del implante del cotilo. En este punto, se recomienda precaución adicional. Además, la presencia de osteofitos puede complicar la correcta colocación de la guía PSI y debe tenerse en cuenta a la hora de realizar el plan quirúrgico.

¿El uso de 3D PSI afecta la duración de la cirugía?

Según Hananouchi et al, el tiempo quirúrgico promedio con PSI fue de 106 minutos, en comparación con 116 minutos con instrumentación normal. Esta distinción era insignificante. La guía quirúrgica se utilizó en promedio durante 3,6 minutos en el grupo PSI.

Spencer-Gardner et al descubrieron que el uso de PSI aumenta el tiempo total de operación de 3 a 5 minutos. Esto se compara con aumentos de tiempo de 8 a 58 minutos en THA navegado. Ito et al utilizaron PSI para la inserción del componente femoral y el tiempo quirúrgico promedio fue de 111 minutos. Small et al. demostraron que el grupo de PSI tuvo un tiempo quirúrgico medio de 95 minutos en comparación con los 88 minutos del grupo de instrumentación normal; Sin embargo, esta diferencia no fue estadísticamente significativa.

¿Es útil el PSI 3D en casos con defectos óseos masivos y anatomía anormal?

El uso de las guías PSI actualmente disponibles para la artroplastia de cadera está contraindicado en pacientes con deformidad significativa y estructura o calidad ósea insuficiente. Para dirigir los instrumentos en el intraoperatorio, el modelado dinámico empleado con PSI requiere una anatomía adecuada y ubicaciones de fijación dura. Con más avances en el diseño de estas guías, es posible que estos sistemas se puedan usar en pacientes con deformidades más graves.

¿Cuánto agrega 3D PSI a los costos de operación?

La mayoría de los cirujanos usarían PSI suministrados comercialmente, que agregan un promedio de $370 a cada caso quirúrgico. Hananouchi et al proyectaron costos iniciales de hasta 150 000 $ para la producción de PSI de hospitales individuales en 2010, incluidos 15 000 $ a 30 000 $ para software y 120 000 $ para la propia máquina de creación rápida de prototipos, así como un costo de materiales por caja de 50 $ a 100$. Aunque se desconoce el impacto a largo plazo de esta guía para minimizar la necesidad de tratamiento médico futuro por fallas tempranas de implantes colocados incorrectamente, los posibles beneficios financieros probablemente superen los gastos iniciales adicionales.

¿Tiene el uso de 3D PSI algún otro efecto intraoperatorio?

Pérdida de sangre

Hananouchi et al encontraron que PSI causó 655 mL de pérdida de sangre en comparación con 683 mL para la instrumentación convencional; Sin embargo, esta diferencia no fue estadísticamente significativa. Usando PSI para el componente femoral, Ito et al informaron una pérdida de sangre promedio prevista de 356 ml. Small et al descubrieron que el grupo PSI perdió 200 ml de sangre en promedio en comparación con 150 ml en el grupo instrumentado convencional; Sin embargo, esta diferencia no fue estadísticamente significativa.

Complicaciones Postoperatorias

En un estudio de 100 pacientes que recibieron PSI para la colocación del cotilo, Spencer-Gardner et al informaron de una complicación: un revestimiento cerámico fragmentado debido a un asiento inadecuado, que requirió el cambio del revestimiento de revisión. En un estudio de 10 pacientes, Ito et al no informaron problemas ni operaciones de revisión después de usar instrumentos específicos del paciente para la implantación del vástago femoral. Small et al no encontraron complicaciones en el grupo de PSI y una complicación en el grupo de instrumentación convencional en un ensayo controlado aleatorio de 18 PSI versus 18 casos de instrumentación estándar.

¿Cómo se compara 3D PSI con los sistemas robóticos y de navegación por computadora?

Las tomografías computarizadas en 3D también se utilizan en la cirugía de artroplastia de cadera asistida por robot, lo que permite el posicionamiento preoperatorio del implante y la planificación del tamaño. Los sistemas asistidos por robot están diseñados para preparar físicamente el hueso (activo) o para evitar que el cirujano escarie más allá de los límites predefinidos. A pesar de que se ha demostrado que la cirugía asistida por robot es un método quirúrgico confiable, se ha recibido con escepticismo debido a preocupaciones sobre su simplicidad de uso y precio.

La TC, la fluoroscopia o las técnicas de navegación sin imágenes se utilizan en la cirugía de artroplastia de cadera con navegación por computadora. La navegación por TC se ve relativamente poco afectada por las técnicas de acceso mínimo y los resultados clínicos a largo plazo han sido positivos. Los problemas de costo y exposición a la radiación con la navegación por TC, así como las preocupaciones sobre la precisión con la navegación fluoroscópica y sin imágenes, han inhibido la aceptación del cirujano.

PSI para artroplastia de cadera aún se encuentra en las primeras etapas de aplicación clínica; Si bien los estudios que establecen la precisión de la ubicación de los implantes parecen prometedores, aún no se han publicado datos clínicos a más largo plazo. PSI también aumenta los gastos generales del procedimiento, además de posiblemente alargar el tiempo de la cirugía, según la complejidad del caso y la habilidad del cirujano.

Áreas donde la impresión 3D juega un papel importante en la cirugía

• Evaluación preoperatoria: un modelo de vida real permite al cirujano ver y sentir la patología de la enfermedad en las tres dimensiones. Los cirujanos ortopédicos, cirujanos de reemplazo de articulaciones, cirujanos cardíacos y cirujanos maxilofaciales encontrarán esto particularmente valioso. Los cirujanos de oncología se beneficiarán de la tecnología, ya que les permite planificar resecciones y reconstrucciones ideales.
• Instrumentos específicos para pacientes (personalizados): la tecnología ha avanzado significativamente en el desarrollo de instrumentos específicos para pacientes. La creación rápida de prototipos se puede utilizar para crear plantillas y herramientas de corte adecuadas después de que la oficina administrativa haya completado el diseño y la simulación. Ciertas empresas están trabajando arduamente para desarrollar esta tecnología, y varios dispositivos propietarios, como Signature de Biomet y Visionaire de Smith & Nephew, ya están disponibles a nivel internacional.
• Implantes personalizados: en un futuro próximo se utilizarán implantes individualizados en lugar de implantes de talla única para personas y determinados trastornos. Esto no solo extenderá la vida útil del implante y mejorará su cinemática, sino que también garantizará que se conserven las partes naturales no dañadas. En los Estados Unidos, ConforMIS ya está disponible para uso limitado como implantes específicos para pacientes.
• Educación del paciente: además de servir como herramienta de enseñanza para los residentes y becarios quirúrgicos, los modelos impresos en 3D también se pueden utilizar para educar a los pacientes. Los pacientes pueden comprender mejor el proceso de su enfermedad, las intervenciones planificadas y participar en la toma de decisiones bien informada. Esto es especialmente cierto para las terapias en las que los detalles técnicos pueden resultar abrumadores para los pacientes y sus familias.

Tecnologías de impresión 3D PSI disponibles

Modelado de depósitos fusionados

Esto también se conoce como fabricación aditiva y es la tecnología más frecuente disponible para los cirujanos. Se coloca un carrete de material termoplástico en un cabezal de extrusión, que calienta el material hasta un estado semisólido. La sustancia termoplástica semisólida o equivalente es luego extruida por el cabezal extrusor. La imagen axial se convierte en un lenguaje imprimible por máquina que la máquina entrega capa por capa como una reproducción de los cortes axiales utilizando un software especializado.

Fabricación digital directa

En esta situación, el equipo produce directamente el producto final. La máquina imprime el material que es apto para el uso final, por lo que este producto impreso está listo para usar. Los implantes fabricados con materiales novedosos como el titanio y el tántalo, así como biocerámicas como la hidroxiapatita y el fosfato tricálcico, podrían ser ejemplos en la profesión médica. Con esta tecnología disponible, los pacientes pueden recibir un producto personalizado, como cuñas, espaciadores, prótesis o huesos artificiales para anomalías. La mayoría de las prótesis e implantes disponibles en el futuro, según el entusiasta de la tecnología, se fabricarán utilizando esta tecnología.

Polijet

Esta tecnología ayuda en la creación de piezas de alta precisión y tiene el beneficio adicional de poder mezclar varios materiales y colores. Estas impresoras, que son similares a las impresoras de inyección de tinta que se usan en la vida cotidiana, pueden ayudar a construir modelos con más de mil atributos físicos y colores.

Conclusión

Ante el aumento de la carga de la enfermedad y una perspectiva económica sombría, claramente se necesitan procedimientos operativos rentables adicionales para tratar la osteoartritis de rodilla en etapa terminal. Se ha encontrado que el reemplazo de rodilla unicompartimental es más rentable que el reemplazo total de rodilla en pacientes adecuados de todas las edades, pero las preocupaciones sobre las tasas de revisión cuando lo realizan cirujanos inexpertos y de bajo volumen son una barrera para su mayor uso, que puede estar relacionado en Precisión de posicionamiento de pieza a componente.

Se ha demostrado que PSI brinda niveles prometedores de precisión para el reemplazo de rodilla unicompartimental en manos de cirujanos competentes en una era de tratamiento médico personalizado en crecimiento. La prueba definitiva será si se puede ofrecer precisión en el quirófano para cirujanos sin experiencia, como lo demuestran las mejores métricas de resultados observadas por los pacientes y las tasas de revisión más bajas. Debido a que tales ventajas no siempre son visibles una vez, la tecnología como PSI deberá demostrar otros beneficios mientras tanto, como una mayor eficiencia en el quirófano y menores costos de procedimiento, si se va a implementar ampliamente.

Se ha demostrado que las guías de cadera PSI aumentan la precisión del posicionamiento del implante y pueden desempeñar un papel en la reconstrucción anatómica compleja, especialmente en la cirugía de revisión. Sin embargo, se desconoce si el uso de PSI en la artroplastia de cadera tiene consecuencias funcionales o de supervivencia a largo plazo. Se necesitan más datos de resultados clínicos para persuadir al cirujano de que los beneficios de precisión de PSI superan los obstáculos de la curva de aprendizaje y el aumento de los costos.