Este estudio propone un nuevo enfoque de planificación preoperatoria con inteligencia artificial basado en la recuperación de bases de datos de casos quirúrgicos expertos en artroplastia de cadera de revisión. Además, la técnica se empleó inicialmente en cinco pacientes, mostrando una reducción en el tiempo operatorio y en la hemorragia intraoperatoria.

La planificación preoperatoria precisa en la artroplastia de cadera de revisión es crucial para lograr resultados exitosos. Para mejorar la evaluación intuitiva de la gravedad del defecto óseo acetabular y aprovechar la experiencia exitosa previa en la artroplastia de cadera de revisión, este estudio propone un enfoque novedoso basado en la recuperación de bases de datos de casos quirúrgicos expertos y se implementa inicialmente en la aplicación clínica. En este estudio, cinco pacientes que requirieron artroplastia de cadera de revisión fueron planificados preoperatoriamente para emplear el sistema de planificación quirúrgica de base de datos de casos expertos. Los datos de imagen del paciente se introdujeron en el sistema y se compararon con los casos de la base de datos de expertos. Con base en la experiencia quirúrgica del experto, se recomendó un plan quirúrgico de revisión. Si no se encontró un caso adecuado, el modelo y la posición de la prótesis se planificaron en función de los resultados de la reconstrucción específica del paciente. Un total de cinco pacientes fueron incluidos en este estudio, cuatro hombres y una mujer, con una edad media de 50,6 años. El diagnóstico fue aflojamiento aséptico de la prótesis tras una artroplastia de cadera. El tiempo operatorio medio fue de 123,2 min y la hemorragia intraoperatoria media de 672 mL. No se observaron complicaciones intraoperatorias, como lesión vascular o nerviosa. En el caso 2, por ejemplo, la aplicación de este innovador esquema de planificación permitió al cirujano delinear el plan quirúrgico de revisión para este paciente en el período preoperatorio, reduciendo así el tiempo operatorio y la hemorragia intraoperatoria. Además, los pacientes podían ser informados de los resultados de casos análogos con antelación. Aprovechar un enfoque de análisis de big data a través de nuestra amplia base de datos de casos permite la identificación automatizada de planes de tratamiento expertos coincidentes a lo largo de todo el proceso. Esto beneficia particularmente a los cirujanos ortopédicos sin experiencia, ya que proporciona una orientación precisa sobre las estrategias quirúrgicas para ayudarles a seleccionar los tamaños de prótesis y las posiciones de montaje adecuados. Además, los resultados coincidentes pueden ofrecer a los pacientes visualizaciones que representan los resultados postoperatorios previstos.

El aumento de la prevalencia de la artroplastia total primaria de cadera (ATC) ha llevado a un aumento correspondiente en la necesidad de artroplastia de revisión debido a una serie de factores, incluido el aflojamiento aséptico, la infección, la luxación recurrente y la fractura periprotésica¹. En comparación con la artroplastia primaria de cadera, la cirugía de revisión de cadera es un procedimiento técnicamente más complejo y clínicamente más desafiante, con tasas de mortalidad^{más altas 2}, mayores costos de atención médica³ y mayores riesgos de complicaciones⁴.

En la artroplastia de cadera de revisión, la reconstrucción de la pérdida ósea acetabular y la selección de la prótesis son primordiales para determinar el éxito de la cirugía. El cirujano ortopédico debe evaluar el stock óseo residual y la anatomía alterada, con el objetivo de lograr una adecuada estabilidad inicial de la copa acetabular recién implantada¹. En consecuencia, la planificación preoperatoria precisa es crucial para guiar las opciones de tratamiento disponibles.

En la actualidad, los cirujanos ortopédicos son responsables de realizar una evaluación y planificación exhaustivas de la artroplastia de revisión en función de los hallazgos de las imágenes preoperatorias y de su propia experiencia quirúrgica. Sin embargo, esto presentará un desafío importante para el cirujano inexperto.

Con el desarrollo de la tecnología de inteligencia artificial (IA), se ha utilizado cada vez más en cirugía ortopédica, principalmente para la segmentación de imágenes, el diagnóstico y la clasificación de patologías e implantes⁵. Mientras tanto, la IA está comenzando a lograr un éxito inicial en la asistencia a la THA⁶ primaria. Sin embargo, la planificación preoperatoria inteligente para la artroplastia de cadera de revisión sigue siendo una pizarra en blanco. La IA tiene un futuro prometedor en la cirugía de revisión de cadera, especialmente en la evaluación de defectos óseos. Estos defectos son únicos para cada paciente y, aunque exhiben ciertos patrones, el método tradicional de clasificación de Paprosky carece de la precisión necesaria para caracterizarlos completamente. Sin embargo, la IA es capaz de extraer información más detallada de los datos de las imágenes, lo que ofrece una vía prometedora para mejorar la exactitud y la precisión de la evaluación de defectos óseos. Desarrollamos un novedoso sistema de planificación preoperatoria asistido por IA para guiar las decisiones de los cirujanos ortopédicos sobre la artroplastia de revisión en función de la recuperación de bases de datos de casos quirúrgicos expertos.

Primero establecimos un método novedoso para la reconstrucción de defectos óseos acetabulares, cuantificando y tipificando defectos óseos acetabulares. Posteriormente, construimos una base de datos de casos de revisión de cadera mediante la recopilación de datos clínicos y de imagen de 200 casos quirúrgicos de revisión de cadera de un experto nacional senior. La base de datos consta de tomografía computarizada (TC) preoperatoria, radiografía preoperatoria, radiografía postoperatoria y datos demográficos del paciente. Podemos hacer coincidir los casos en la base de datos en función de las características actuales de los defectos óseos de los pacientes programados para cirugía y encontrar los escenarios de casos más similares para proporcionar al cirujano una referencia preoperatoria. Este enfoque permite al cirujano tener una idea preoperatoria del protocolo de revisión acetabular, reduciendo el tiempo de prueba y error intraoperatorio.

El estudio recibió la autorización del Comité de Ética del Hospital Ortopédico-Traumatológico de Luoyang, provincia de Henan. Además, este estudio se basó en datos de imágenes y no dañaría a los voluntarios ni revelaría su información. Por lo tanto, de conformidad con la legislación nacional y los requisitos institucionales, no era necesario que los participantes o sus tutores legales o familiares más cercanos firmaran un formulario de consentimiento informado.

1. Importación de imágenes

1. Importe los datos originales de la TC de la cadera total bilateral del paciente. Abra el software de procesamiento de imágenes médicas, seleccione Importar datos y haga clic en Datos locales para importar los datos de TC originales del paciente. La figura 1 muestra la interfaz de importación de imágenes.

2. Recuperación del defecto óseo acetabular en el lado afectado

1. Determinar si el paciente tiene una lesión unilateral o bilateral. Seleccione la herramienta Medición y utilice el ratón para dibujar un cuadro rectangular en la imagen, midiendo directamente el valor HU (Unidad Hounsfield, HU) del área del hueso de la cadera. Considere el metal presente cuando el valor de HU supera 1000 y designe esa área como la articulación de la cadera afectada.

3. Segmentación y reconstrucción de imágenes

1. Seleccione los datos de la imagen del paciente a planificar. Haga clic en la opción Segmentación automática , el valor CT de 400 se selecciona de forma predeterminada para la segmentación gruesa del hueso de la cadera.
2. Seleccione el botón Editar para ajustar manualmente los resultados de la segmentación de cada parte de cada capa. A continuación, seleccione la opción Reconstrucción 3D para completar el cálculo de reconstrucción 3D del sitio del paciente. El modelo 3D reconstruido incluye principalmente los huesos de la cadera izquierdo/derecho y las regiones del fémur izquierdo/derecho. Como se muestra en la Figura 2, las diferentes partes se muestran con diferentes colores.

4. Partición del defecto óseo acetabular y cálculo de la cantidad del defecto

1. Para los pacientes con cirugía unilateral de cadera, seleccione el Modelo 3D del Lado Sano. Utilice la función de espejo para alinearlo con la estructura anatómica del lado afectado. Esto completará la reconstrucción del modelo de restauración de la articulación de la cadera.
2. Para los pacientes con cirugía bilateral de cadera, abra la biblioteca de modelos estándar y seleccione el modelo de cadera que sea más similar a la anatomía del paciente como modelo de restauración.
3. Haga clic en la opción Partición para dividir el modelo 3D del defecto de cadera (lado afectado) reconstruido en el paso 2 y el modelo 3D de la cadera restaurado en el paso 3. A continuación, haga clic en la opción Operación de diferencia para realizar la operación de diferencia en los dos modelos de hueso de la cadera particionados para calcular el defecto acetabular. El modelo de hueso de la cadera se dividirá en diferentes regiones de acuerdo con el método⁷ de Qin, como se muestra en la Figura 3.
   NOTA: Debido al enfoque en la fijación de 3 puntos (ramas isquiónicas, ramas de ósis del pubis y parte anterosuperior del acetábulo) de la copa acetabular dentro de los límites de la pared acetabular, la acetabular se dividió en 3 partes iguales cada 120°, definidas como el techo craneal, la columna anterior y la columna posterior, excluyendo la pared medial. Para guiar los procedimientos quirúrgicos, fabrique las subcapas en función del diámetro del acetábulo. Se determinó que la capa interna debe estar entre 54 mm y 62 mm y la capa externa debe estar entre 62 mm y 70 mm para los hombres. La capa interna se encuentra entre 50 mm y 58 mm y la capa externa se encuentra entre 58 mm y 66 mm para las mujeres.

5. Búsqueda experta en bases de datos de revisión de cadera: planificación de defectos acetabulares

1. Abra la base de casos expertos y utilice el volumen de defectos acetabulares calculado como se ha descrito anteriormente como entrada para la recuperación. Seleccionar las herramientas de medición para evaluar los parámetros de planificación relevantes en las radiografías preoperatorias y postoperatorias de los casos recuperados y obtener los datos de planificación.
2. Abra la base de casos expertos e introduzca el tipo y la cantidad de defecto de cadera para su extracción automática. Se obtendrá la información de los casos correspondientes en la base de datos, incluyendo imágenes preoperatorias y postoperatorias de casos similares y los parámetros de planificación del médico (tamaño del implante, posición, etc.).
3. Los resultados de la búsqueda se presentarán en orden de similitud de mayor a menor. Deje que el médico seleccione los casos más similares. El procedimiento completo se muestra en la Figura 4.
4. Si no se puede encontrar un caso similar en la base de datos anterior, adopte el resultado de la reconstrucción del modelo del paso 2, utilizando el centro del acetábulo intacto como el centro de la copa acetabular. De forma predeterminada, el ángulo de la versión anterior de la copa acetabular es de 20° y el ángulo de abducción es de 40° (esta regla está definida clínicamente).
   NOTA: Después de la planificación, el cirujano es capaz de anticipar el procedimiento quirúrgico y preparar la prótesis y los instrumentos de soporte con mayor precisión. Este enfoque elimina la posibilidad de encontrarse con una situación en la que no se disponga de la prótesis correcta durante la operación. Además, la solución recomendada se emplea directamente durante la operación, lo que evita la necesidad de soluciones alternativas, desvíos o procesos prolongados de prueba y error.

Actualmente, aplicamos este método en cinco casos de pacientes sometidos a artroplastia de cadera de revisión, incluyendo cuatro hombres y una mujer. Las edades oscilaron entre los 42 y los 67 años. Se diagnosticaron como aflojamiento aséptico de prótesis después de la artroplastia de cadera y se clasificaron según la clasificación de Paprosky⁸. El tiempo operatorio medio de los cinco pacientes fue de 123,2 min, con una pérdida media de sangre intraoperatoria de 672 mL. El tiempo operatorio es el tiempo total, incluyendo la revisión de la prótesis femoral. Los detalles de los pacientes se muestran en la Tabla 1 y los resultados de la reconstrucción se muestran en la Figura 5.

Tomemos como ejemplo el caso dos: la paciente es una mujer de 67 años que se sometió a una THA hace 13 años. Acudió al hospital en enero de 2024 con dolor de cadera y dismovilidad, que había persistido durante 3 años. El diagnóstico fue aflojamiento de la prótesis después de la ATC, clasificación de Paparosky como tipo IIC y se propuso artroplastia de cadera de revisión. Importamos los datos de la TC preoperatoria del paciente al sistema y los comparamos con los de un paciente masculino de 58 años atendido en noviembre de 2017 que presentaba un defecto óseo acetabular notablemente similar. En ese momento, el procedimiento quirúrgico se llevó a cabo utilizando la copa Jumbo en conjunto con la técnica de injerto óseo por compresión, lo que resultó en una estabilidad inicial completa, resultados favorables a los 5 años de seguimiento y estabilidad confiable de la prótesis. Para este paciente se empleó un plan quirúrgico consistente (copa Jumbo con técnica de injerto óseo por compresión). Se ha demostrado que el proceso reduce el tiempo dedicado a la planificación intraoperatoria, así como el tiempo dedicado a recuperar y reemplazar varios tipos de almohadillas y copas jumbo. En consecuencia, se ha demostrado que reduce el sangrado y el riesgo de infección. Debido a la necesidad de revisión simultánea del lado del tallo, el sangrado intraoperatorio alcanzó los 690 mL, pero la estabilidad acetabular intraoperatoria fue satisfactoria. El paciente ha estado en observación durante 8 meses, durante los cuales se han obtenido resultados fiables y la cadera afectada ha demostrado una buena funcionalidad (Figura 6). El paciente no presentó complicaciones, incluyendo dolor, disfunción, imágenes indicativas de prótesis en posición, marcadores inflamatorios normales y sin evidencia de infección o aflojamiento secundario de la prótesis.

Figura 1: Interfaz de importación de imágenes del sistema. El sistema incorpora funciones de importación local y PACS. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Modelo 3D reconstruido. Las diferentes partes se muestran en diferentes colores. Azul: acetabular derecho; Rojo: fémur derecho; Amarillo: acetabular izquierdo; Verde: Fémur izquierdo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Método de partición de Qin de defectos acetabulares. El acetábulo se divide en tres sectores defectuosos (techo craneal, columna anterior y columna posterior). Los sectores se subdividen en una capa interior y una capa exterior. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Procedimiento de planificación de la artroplastia de cadera de revisión. El procedimiento completo de reconstrucción, evaluación y planificación de los defectos óseos acetabulares. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Resultados de la reconstrucción del acetabular de los pacientes. En la figura se presentan los resultados de la reconstrucción de los cuatro pacientes junto con los casos correspondientes de la base de datos y sus resultados postoperatorios. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Ejemplo de emparejamiento de casos. (A) Imagen preoperatoria del caso dos. (B) Reconstrucción de defectos óseos acetabulares en el caso 2. (C) Imagen postoperatoria del caso dos. (D) Imagen preoperatoria del caso pericial coincidente. (E) Reconstrucción de defectos óseos acetabulares en caso pericial coincidente. (F) Imagen postoperatoria del caso pericial coincidente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1: Resumen y comparación de casos.

Debido al daño anatómico significativo, la intrincada condición de los tejidos blandos después de la artroplastia de cadera y la presencia de artefactos^metálicos severos a menudo asociados con los implantes metálicos, con frecuencia es necesario que los profesionales médicos experimentados utilicen la reconstrucción 3D para analizar exhaustivamente los resultados de las imágenes y las manifestaciones clínicas con el fin de evaluar defectos óseos específicos en los pacientes y, posteriormente, planificar prótesis acetabulares adecuadas^{. 10}. Sin embargo, incluso cuando se reconstruye un modelo de paciente, la planificación preoperatoria sigue dependiendo en gran medida de la experiencia de los médicos, especialmente cuando se trata de pacientes con defectos acetabulares graves. En consecuencia, los médicos jóvenes se enfrentan a retos considerables a la hora de tratar a estos pacientes. Con el fin de evaluar con mayor precisión el alcance de los defectos óseos acetabulares y aprovechar la experiencia previa en la planificación preoperatoria compleja de la articulación de la cadera como referencia para los médicos, este estudio utilizó una base de datos de casos de expertos que abarca casi todos los tipos clínicos de defectos de la articulación de la cadera, al tiempo que categorizó a los pacientes en función de ciertos criterios. Al utilizar las evaluaciones de los defectos óseos acetabulares de esta base de datos, los médicos pueden seleccionar prótesis acetabulares y protocolos quirúrgicos adecuados para garantizar la estabilidad posquirúrgica y la recuperación funcional de la articulación de la cadera.

A pesar de que la artroplastia primaria de cadera es un procedimiento bien establecido¹¹, la evaluación de los defectos óseos acetabulares juega un papel crítico para garantizar el éxito y la estabilidad de la artroplastia de cadera de revisión. Las técnicas de diagnóstico por imágenes, como los rayos X, la resonancia magnética (RMN) y la tomografía computarizada, se emplean comúnmente para evaluar los defectos óseos acetabulares. Estas técnicas ofrecen información detallada sobre la estructura del acetábulo, incluida la condición ósea, el tamaño del defecto y la ubicación. Además, se puede utilizar cierto software de análisis de imágenes médicas para calcular el espesor del acetábulo y visualizar defectos a través de mapas de calor 12,13,14. Sin embargo, la presencia de artefactos de prótesis metálicas en las imágenes preoperatorias puede afectar la precisión de la segmentación acetabular. En este estudio, se utilizaron algoritmos de software de terceros para eliminar los artefactos antes de su importación al sistema para operaciones posteriores. El refinamiento de los pasos de desartefacto es un tema que se explorará en estudios futuros. La red se ha entrenado con imágenes de artefactos genuinas que forman el conjunto de entrenamiento e imágenes posprocesadas desprovistas de artefactos que forman el conjunto de etiquetas para el entrenamiento de la red. Este enfoque ha dado resultados satisfactorios en la eliminación de artefactos metálicos. Posteriormente, se empleó una red neuronal U-Net para segmentar y reconstruir automáticamente las imágenes originales en tres dimensiones. Aprovechando los distintos valores de densidad entre los huesos de la cadera y otros tejidos, este estudio logró una impresionante tasa de precisión de segmentación del 95% para la articulación de la cadera. La aplicación de la tecnología de aprendizaje profundo reduce significativamente el tiempo de reconstrucción del modelo y ayuda a la planificación quirúrgica, al tiempo que mejora la eficiencia clínica. En consecuencia, tiene un valor práctico y clínico sustancial.

Una comprensión integral de la morfología y la extensión de los defectos óseos acetabulares, junto con el desarrollo de un plan de reconstrucción adecuado, es fundamental para el éxito de la cirugía de revisión de cadera¹⁵. Debido al principio de cálculo diferencial, la forma y el tamaño del acetábulo eran diferentes para cada paciente. Por lo tanto, en los casos en que el paciente presenta un defecto unilateral, este estudio empleó el procesamiento en espejo de acuerdo con el acetábulo en el lado sano. A partir de entonces, se utilizó el modelo de acetábulo espejado como modelo de reconstrucción, y se realizó un registro rígido con el acetábulo defectuoso. Finalmente, se calculó la diferencia entre el acetábulo completo reconstruido y el modelo de defecto original para obtener la cantidad de defectos óseos. Para calcular la extensión de los defectos óseos en este estudio, se empleó el método de partición acetabular propuesto por Qin⁷ para determinar el grado de defectos óseos en cada partición. Esto se correlacionó con los casos en la base de datos de expertos. Si el paciente tiene defectos bilaterales, el método de reconstrucción consiste en utilizar un modelo estadístico de forma a través de un gran número de datos completos y sanos de acetábulo por adelantado, basado en el cálculo estadístico del análisis de componentes principales del ACP, para obtener un conjunto de modelos promedio para el cálculo de defectos posteriores.

Una planificación preoperatoria precisa puede disminuir el tiempo operatorio, reducir la pérdida de sangre intraoperatoria y mejorar los resultados quirúrgicos¹⁶. Se ha demostrado que la aplicación de la planificación preoperatoria en 3D en la ATH primaria produce predicciones más precisas de las dimensiones de la copa acetabular y del vástago femoral, así como de la posición de implantación de la prótesis, en comparación con la planificación 2D convencional. Este avance contribuye significativamente al éxito de la cirugía THA ^17,18. Con el desarrollo de la tecnología de IA, la planificación 3D de THA basada en IA ha demostrado una mayor precisión y eficiencia¹⁹. Sin embargo, el potencial de la planificación preoperatoria en 3D y las importantes aplicaciones clínicas de la tecnología de IA en la artroplastia de cadera de revisión aún no se han materializado por completo. En este estudio, se aplicó la planificación preoperatoria en 3D y la tecnología de IA a la revisión clínica de la artroplastia de cadera. A pesar de que la aplicación de los casos fue limitada (solo 5 casos) y aún no fue posible evaluar la precisión de la compatibilidad del tamaño de la prótesis, la coincidencia automática de casos similares pudo proporcionar al cirujano sugerencias para los planes quirúrgicos. Por su parte, los pacientes que se sometieron a cirugía de revisión según el plan sugerido demostraron una recuperación funcional satisfactoria. Además, en estudios previos, la duración media de la cirugía de revisión fue de 200-300 min, con una pérdida media de sangre intraoperatoria de 800-2000 mL 20,21,22. La duración media de la cirugía en esta cohorte de cinco pacientes fue de 123,2 min, con una hemorragia intraoperatoria de 672 mL. Se ha demostrado que la utilización de nuestro novedoso enfoque para la artroplastia de cadera de revisión reduce el tiempo quirúrgico y la hemorragia intraoperatoria.

La utilización de una base de datos de casos de expertos para la reconstrucción de defectos óseos acetabulares y la planificación preoperatoria en la artroplastia de cadera de revisión ha demostrado ventajas significativas. Aprovechar las experiencias previas en la artroplastia de cadera de revisión, especialmente para los profesionales médicos sin experiencia, puede proporcionar información y referencias valiosas para mejorar la precisión de la planificación preoperatoria. Cuando se enfrentan a cirugías de revisión complejas, la adopción de planes quirúrgicos similares a los de los casos de expertos permite a los médicos realizar los ajustes necesarios o incluso reutilizarlos en función de las condiciones del paciente, reduciendo así el tiempo de planificación preoperatoria y mejorando la eficiencia clínica. Al mismo tiempo, los pacientes pueden obtener conocimientos previos sobre los resultados postoperatorios a través de la base de datos de casos de expertos. Sin embargo, aún existen limitaciones para acceder a la base de datos de expertos debido a las capacidades de recuperación restringidas y los períodos de seguimiento limitados para los pacientes, se requieren seguimientos adicionales a largo plazo para evaluar la eficacia del tratamiento. Además, la planificación de nuestra artroplastia de cadera de revisión no incluye la femoral lateral. Por lo tanto, en los casos en que la revisión lateral femoral presenta desafíos, es posible que el tiempo quirúrgico total no se acorte. Para obtener información sobre la evolución del tiempo quirúrgico en cada etapa, un estudio de seguimiento registrará el tiempo total de la cirugía en secciones. Esto permitirá el análisis estadístico y la comparación de los cambios en el tiempo quirúrgico en diferentes etapas.

Conclusión
El método de planificación preoperatoria, que incorpora la reconstrucción y recuperación de defectos óseos acetabulares a partir de una base de datos de casos de expertos, presenta un enfoque novedoso para la planificación quirúrgica para los profesionales médicos. Aprovechar la experiencia almacenada en la base de datos de casos facilita la ejecución rápida y precisa de cirugías de cadera complejas.

El autor Xiaolu Xi, Ke Yuan y Qiang Xie son empleados de Wuhan United Imaging Surgical Co., Ltd. Los demás autores declaran que no tienen intereses contrapuestos.

El sistema de planificación preoperatoria de IA en este trabajo fue respaldado por Wuhan United Imaging Surgical Co., Ltd.