Realidad aumentada en ortopedia

La revolución digital hace tiempo que llegó a la medicina. En cirugía ortopédica también se utilizan desde hace tiempo diversos procedimientos asistidos por ordenador. Una de las técnicas emergentes es la realidad aumentada, que se remonta a 1968. La realidad aumentada se caracteriza por una ampliación asistida por ordenador de la percepción de la realidad, lo que significa concretamente que el entorno real se amplía para el usuario con información virtual.

La revolución digital hace tiempo que llegó a la medicina. En cirugía ortopédica también se utilizan desde hace tiempo diversos procedimientos asistidos por ordenador. Una de estas técnicas emergentes es la realidad aumentada, que se remonta a 1968, cuando Sutherland la describió por primera vez [1]. La realidad aumentada se caracteriza por una ampliación asistida por ordenador de la percepción de la realidad, lo que significa concretamente que el entorno real se amplía para el usuario con información virtual. Esto contrasta con la realidad virtual, en la que el usuario se expone a un entorno completamente virtual. Estas tecnologías se aplican principalmente a través de un sistema basado en monitores o utilizando las llamadas gafas de datos. Estas últimas son cada vez más populares, lo que se justifica por el hecho de que el uso de gafas de datos ofrece un alto grado de flexibilidad, el usuario puede moverse libremente por la sala y mantiene siempre a la vista la información virtual. A ello ha contribuido también la creciente comercialización de gafas de datos disponibles, como Google Glass (Google Inc., Mountain View, California, EE.UU.) o Microsoft HoloLens (Microsoft, Redmond, WA) (Fig. 1).

En cirugía ortopédica, la planificación y ejecución de las intervenciones quirúrgicas se basan a menudo en imágenes preoperatorias o intraoperatorias de rayos X o TAC. Los pasos individuales de la operación correspondiente, como la colocación de un implante o la realización de una osteotomía, se guían por estas imágenes. Debido a la naturaleza a menudo mecánica de los pasos individuales de una intervención ortopédica, la realidad aumentada parece, en consecuencia, predestinada a utilizarse como ayuda a la navegación en ortopedia. Esta es probablemente una razón importante por la que se observa un creciente interés global por esta tecnología en ortopedia [2]. Además de la ventaja de las ayudas a la navegación intraoperatoria, la realidad aumentada en ortopedia también ofrece otras posibles aplicaciones, como el uso en la formación quirúrgica y en el entrenamiento de intervenciones específicas.

Diversos estudios han demostrado que el uso de la realidad aumentada en cirugía ortopédica tiene el potencial de acortar los tiempos de los procedimientos, reducir la exposición a la radiación del paciente y del cirujano ortopédico tratante y aumentar la precisión de los respectivos procedimientos realizados. A continuación se ofrece una visión general de los principales ámbitos de aplicación de la realidad aumentada en la cirugía ortopédica hasta la fecha.

Navegación para la colocación de instrumentos e implantes

Durante una intervención ortopédica, el cirujano ortopédico a menudo tiene que confiar en su visión tridimensional para colocar o insertar correctamente los instrumentos e implantes necesarios. El uso de la fluoroscopia intraoperatoria (fluoroscopia) sólo proporciona imágenes bidimensionales y el cirujano ortopédico tratante se enfrenta al reto mental de transferir las imágenes bidimensionales a la anatomía tridimensional real del paciente. En estos casos, la realidad aumentada ofrece la posibilidad de reducir las variables dependientes del cirujano para los resultados postoperatorios. En concreto, esto puede hacerse, por ejemplo, al utilizar gafas de datos superponiendo la planificación preoperatoria en el campo de visión del cirujano o superponiendo el posicionamiento correcto del instrumento o del implante mediante un “holograma superpuesto”. En un estudio de Sawbone, por ejemplo, se demostró que utilizando realidad aumentada mediante gafas de datos, a través de las cuales se superponía la anatomía al situs intraoperatorio, aumenta la precisión de la inserción de los tornillos pediculares y la perforación del pedículo se produce con menos frecuencia [3]. Esto parece especialmente importante debido a la proximidad anatómica de las raíces nerviosas y la médula espinal en este difícil paso quirúrgico, que se utiliza muy a menudo en cirugía de la columna vertebral en el contexto de la espondilodesis.

Otra modalidad terapéutica que se utiliza con frecuencia en el tratamiento de pacientes con enfermedades de la columna vertebral son las llamadas infiltraciones de las articulaciones facetarias. Estas infiltraciones suelen realizarse bajo fluoroscopia o navegación mediante tomografía computerizada. Aquí también se demostró en un estudio de Sawbone que las infiltraciones de la articulación facetaria lumbar pueden realizarse con éxito utilizando la realidad aumentada, sin riesgo de extravío de la aguja y también con un tiempo de intervención significativamente menor en comparación con las infiltraciones con navegación tomográfica por ordenador [4]. Además del uso de la realidad aumentada en cirugía de la columna vertebral para la colocación de instrumentos o implantes, esta tecnología también se utiliza ya en otras subespecialidades ortopédicas. Por ejemplo, un estudio con fantomas demostró que la precisión del posicionamiento del cotilo durante la implantación de una prótesis total de cadera, uno de los procedimientos más habituales en cirugía ortopédica, podía mejorarse mediante el uso de la realidad aumentada [5]. Otro procedimiento habitual en cirugía ortopédica y traumatológica es la osteosíntesis con clavo intramedular, que se utiliza para diversas fracturas de fémur o tibia, entre otras. Un paso quirúrgico difícil en tales procedimientos es la inserción percutánea de los tornillos de bloqueo distales bajo control fluoroscópico. Con la navegación de realidad aumentada, se demostró que este paso se realiza con una media de sólo 2 imágenes de fluoroscopia, en contraste con el método convencional, con el que se ha descrito que se necesitan hasta 25 imágenes de fluoroscopia para colocar correctamente un tornillo de bloqueo [6].

Aún serán necesarios numerosos pasos de desarrollo antes de la aplicación generalizada de la realidad aumentada para la llamada navegación holográfica “directa”. La navegación holográfica “directa” significa que al cirujano se le superpone un holograma directamente sobre la estructura anatómica correspondiente, lo que permite la navegación. Previamente, es obligatorio realizar pasos de registro para acoplar la realidad a la virtualidad. La primera intervención quirúrgica directa de columna vertebral con navegación holográfica del mundo se realizó en diciembre de 2020 en el Hospital Universitario Balgrist en el marco de un ensayo controlado aleatorizado.

Realización de osteotomías

Las osteotomías se han utilizado siempre en cirugía ortopédica para corregir una gran variedad de deformidades óseas. La osteotomía se define como el corte quirúrgico dirigido de un hueso con el fin de corregir posteriormente su posición para que el hueso se consolide en una posición óptima desde el punto de vista biomecánico y/o funcional. Las condiciones previas para dichas osteotomías correctivas son una planificación preoperatoria precisa, así como una ejecución intraoperatoria exacta de la osteotomía y la corrección, de modo que el paciente se beneficie al máximo de dicha intervención y no sufra una malposición persistente. Una de las osteotomías correctoras más comunes en ortopedia hoy en día es la osteotomía correctora del hallux valgus. Si un procedimiento de este tipo no se planifica con exactitud o si la osteotomía y la corrección no se realizan con precisión, puede provocar un acortamiento del dedo gordo, lo que a su vez puede dar lugar a una metatarsalgia de transferencia y, por tanto, a un dolor persistente en el antepié. Por ello, se están haciendo grandes esfuerzos para evitar estos problemas consecuentes, y se ha podido demostrar en un estudio con un modelo fantasma (Fig. 2 ) que utilizando la realidad aumentada, incluso los cirujanos ortopédicos menos experimentados pueden realizar una osteotomía correctora para el hallux valgus con mayor precisión en comparación con el método convencional [7].

Otra y probablemente una de las osteotomías más difíciles en ortopedia es la llamada osteotomía periacetabular. Se utiliza en pacientes seleccionados con displasia de cadera y pinzamiento femoroacetabular. La cavidad pélvica displásica (acetábulo) se separa del resto de la pelvis mediante osteotomías técnicamente exigentes y se reorienta de la forma más fisiológica posible. En un estudio de prueba de concepto, ya se ha demostrado que el uso de la realidad aumentada mediante la superposición holográfica de los planos de osteotomía correctos en el campo de visión del cirujano (Fig. 3) mejora la precisión de esta exigente osteotomía correctiva para los cirujanos menos experimentados [8].

Cirugía ortopédica tumoral

La cirugía ortopédica de tumores es otro campo de aplicación predestinado para la realidad aumentada. Especialmente en el caso de tumores malignos, la resección completa del tumor es absolutamente necesaria para el éxito de la terapia. A menudo, sin embargo, la extensión exacta de un tumor óseo no se aprecia directamente de forma visual intraoperatoria. Por ello, en estos casos el cirujano vuelve a depender de su imaginación tridimensional. La transformación mental de la extensión del tumor determinada en las imágenes preoperatorias en el situs intraoperatorio puede ser muy exigente, pero es decisiva para el paciente. Por este motivo, se están realizando esfuerzos para mejorar aún más la precisión de las resecciones tumorales. Un avance potencial en este sentido es también el uso de la realidad aumentada para visualizar continuamente la extensión exacta del tumor de forma intraoperatoria para el cirujano ortopédico tratante. En modelos animales, ya se ha demostrado que utilizando la realidad aumentada con un sistema basado en un monitor (tablet PC), el margen de resección de tumores óseos simulados en huesos tubulares largos [9] y en la pelvis [10] podía extirparse con mayor precisión y con una adherencia más fiable al margen de resección requerido en comparación con la resección convencional.

Educación y formación

La mayoría de los procedimientos ortopédicos se basan en una cierta curva de aprendizaje. Cuanto más a menudo realice un cirujano ortopédico una intervención, mejores serán sus resultados. Sin embargo, en algún momento de su carrera, todo cirujano ortopédico se encuentra aún en la rama ascendente de la curva de aprendizaje de un determinado procedimiento. Para conseguir resultados ideales desde el principio, se están haciendo esfuerzos para que esto sea posible mediante el uso de la realidad aumentada. Por ejemplo, se demostró que los residentes formados en infiltraciones de la articulación facetaria mediante realidad aumentada eran capaces posteriormente de realizar infiltraciones de la articulación facetaria con el método convencional con mayor precisión que los residentes formados únicamente con el método convencional [11]. Además, ya se ha descrito la posibilidad de la llamada ortopedia “teleguiada”. Aquí, un cirujano ortopédico experimentado apoya a un colega con menos experiencia estando conectado virtualmente a la operación mediante realidad aumentada sin tener que estar físicamente en el lugar. Esto ya se ha demostrado con éxito en el contexto de varios procedimientos de hombro técnicamente exigentes [12,13].

Mensajes para llevarse a casa

La aplicación de la realidad aumentada a la cirugía ortopédica ofrece la posibilidad de acortar los tiempos de los procedimientos, reducir la exposición a la radiación del paciente y del cirujano tratante y aumentar la reproducibilidad y precisión de los procedimientos.
La principal ventaja de la realidad aumentada hasta ahora es que se puede superponer información adicional relevante en el campo de visión del cirujano ortopédico tratante durante pasos quirúrgicos definidos sin tener que apartarse repetidamente del campo quirúrgico.
Los estudios realizados hasta la fecha sobre realidad aumentada en ortopedia se refieren principalmente a estudios con maniquíes y cadáveres. La primera navegación holográfica directa en un paciente se realizó en diciembre de 2020 en Zúrich como parte de un estudio controlado.

Literatura:

Sutherland IE: Pantalla tridimensional montada en la cabeza. Proc Fall Joint Comput Conf 1968; 757-764.
Jud L, Fotouhi J, Andronic O, et al: Aplicabilidad de la realidad aumentada en cirugía ortopédica – Una revisión sistemática. BMC Musculoskelet Disord 2020; doi: 10.1186/s12891-020-3110-2.
Dennler C, Jaberg L, Spirig J, et al: La navegación basada en realidad aumentada incrementa la precisión de la inserción de tornillos pediculares. J Orthop Surg Res 2020; doi: 10.1186/s13018-020-01690-x.
Agten CA, Dennler C, Rosskopf AB, et al: Inyecciones de la articulación facetaria lumbar guiadas por realidad aumentada. Invest Radiol 2018; doi: 10.1097/RLI.0000000000000478.
Fotouhi J, Alexander CP, Unberath M, et al: Planificar en 2D, ejecutar en 3D: una solución de realidad aumentada para la colocación de cotilo en artroplastia total de cadera 2018; arXiv.
Londei R, Esposito M, Diotte B, et al: Realidad aumentada intraoperatoria en el bloqueo distal. Int J Comput Assist Radiol Surg 2015; doi: 10.1007/s11548-015-1169-2.
Viehöfer AF, Wirth SH, Zimmermann SM, et al: Osteotomía guiada por realidad aumentada en la corrección del hallux valgus. BMC Musculoskelet Disord 2020; doi: 10.1186/s12891-020-03373-4.
Kiarostami P, Dennler C, Roner S, et al: Osteotomía periacetabular guiada por realidad aumentada – prueba de concepto. J Orthop Surg Res 2020; doi: 10.1186/s13018-020-02066-x.
Cho HS, Park YK, Gupta S, et al: Realidad aumentada en la resección de tumores óseos: un estudio experimental. Bone Jt Res 2017; doi: 10.1302/2046-3758.63.BJR-2016-0289.R1.
Cho HS, Park MS, Gupta S, et al: ¿Puede ser útil la realidad aumentada en la cirugía del cáncer óseo pélvico? Un estudio in vitro. Clin Orthop Relat Res 2018; doi: 10.1007/s11999.0000000000000233.
Yeo CT, Ungi T, U-Thainual P, et al: Efecto de la formación con realidad aumentada en la colocación percutánea de agujas en inyecciones en la articulación facetaria de la columna vertebral. IEEE Trans Biomed Eng 2011; doi: 10.1109/TBME.2011.2132131.
Ponce BA, Jennings JK, Clay TB, et al: Telementoring: use of augmented reality in orthopaedic education: AAOS exhibit selection. J Bone Jt Surg – Am Vol 2014; doi: 10.2106/JBJS.M.00928.
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