Development and Validation of a Workflow-Integrated Robotic Platform to Support Digital Surgical Workflow in Reverse Shoulder Arthroplasty: A Cadaveric Study

Resumen Técnico: Desarrollo y Validación de una Plataforma Robótica Integrada al Flujo de Trabajo para la Artroplastia Reversa de Hombro

Planteamiento del Problema
Si bien la navegación asistida por computadora y las tecnologías robóticas han mejorado la precisión de la colocación del componente glenoideo en la Artroplastia Reversa de Hombro (RSA, por sus siglas en inglés), los sistemas actuales sufren de un enfoque fragmentado. Las plataformas comerciales existentes se centran principalmente en la preparación aislada de la glena (colocación de la guía y la implantación de la placa base), dejando etapas críticas como la osteotomía humeral, la implantación del vástago y la restauración de la profundidad a técnicas manuales convencionales. Esto obliga a los cirujanos a alternar entre flujos de trabajo navegados y no navegados dentro de una misma operación, lo que potencialmente introduce errores de registro acumulativos y limita la eficiencia de la asistencia quirúrgica digital. Además, la generación actual de plataformas robóticas carece de una integración del flujo de trabajo a nivel de procedimiento, al no lograr conectar la planificación preoperatoria, la ejecución intraoperatoria y la verificación postoperatoria en un entorno digital unificado.

Metodología
Este estudio empleó un diseño de viabilidad prospectivo en cadáveres para evaluar una plataforma robótica recientemente desarrollada e integrada al flujo de trabajo.

• Especímenes: Se utilizaron ocho hombros procedentes de cuatro cadávers adultos congelados en estado fresco.
• Arquitectura del Sistema: La plataforma de investigación, desarrollada conjuntamente por el Hospital Jishuitan de Beijing y Estun (Beijing) Medical Technology Co., Ltd., integra tres módulos:
  1. Módulo de Navegación: Un sistema de seguimiento óptico binocular (NDI) con rastreadores infrarrojos pasivos acoplados a la escápula, el húmero, los instrumentos y el brazo robótico.
  2. Módulo de Planificación y Ejecución: Utiliza un algoritmo de aprendizaje profundo basado en U-Net para la segmentación anatómica automatizada de los datos de TC, reconstrucción 3D, identificación de puntos de referencia y planificación de la implantación virtual.
  3. Módulo de Control Robótico: Un brazo robótico de siete grados de libertad accionado por cables (SurgeWam®) que actúa como un dispositivo de posicionamiento activo para las guías, pero que depende del cirujano para la preparación ósea y la inserción del implante.
• Flujo de Trabajo: El estudio implementó un Flujo de Trabajo Quirúrgico Digital (DSW) unificado que abarca:
  • Preoperatorio: Segmentación de TC automatizada, reconstrucción 3D y planificación quirúrgica (inclinación/versión glenoidea, trayectorias de tornillos, osteotomía humeral, versión/profundidad del vástago).
  • Intraoperatorio: Registro basado en puntos y de ajuste de superficie. El sistema proporcionó asistencia navegada para la osteotomía humeral (ajuste manual bajo navegación) y posicionamiento de la guía glenoidea asistido por robot. El cirujano realizó el fresado de la glena, la implantación de la placa base, la fijación de tornillos y la inserción del vástago humeral bajo guía de navegación continua.
  • Postoperatorio: Los escaneos de TC se registraron con los modelos preoperatorios utilizando 3D Slicer para cuantificar las desviaciones.
• Métricas: Los resultados primarios incluyeron el error de inclinación de la placa base glenoidea, el error de versión y la desviación de la posición central. Los resultados secundarios incluyeron los errores de versión del vástago humeral y de profundidad de implantación.

Resultos Clave

• Viabilidad Técnica: Los ocho procedimientos se completaron con éxito sin fallos del dispositivo, pérdida de rastreadores o conversión a técnicas convencionales. El DSW unificado se ejecutó desde la planificación hasta la evaluación postoperatoria en cada espécimen.
• Precisión de la Posición del Implante:
  • Componente Glenoideo: Error de inclinación medio de 6.21 ± 3.14°; error de versión medio de 8.25 ± 5.97°; desviación de la posición central media de 2.93 ± 1.59 mm.
  • Componente Humeral: Error de versión del vástago medio de 5.39 ± 3.29°; error de profundidad de implantación medio de 2.63 ± 1.14 mm.
• Curva de Aprendizaje: Se observó una tendencia clara de mejora progresiva a través de los procedimientos secuenciales. Tras una fase inicial de familiarización (después del primer cadáver), los errores disminuyeron significamente. Por ejemplo, el error de inclinación glenoidea descendió de >11° en los primeros procedimientos a <3.5° en los procedimientos finales. El análisis de regresión lineal confirmó reducciones significativas en los errores angulares y posicionales a lo largo de la secuencia (por ejemplo, la pendiente del error de versión glenoidea fue de −2.18° por procedimiento, P = 0.003).
• Desempeño del Sistema: El sistema logró una precisión plan-a-real reproducible, comparable a los sistemas establecidos con asistencia de navegación, con el beneficio adicional de soportar todo el flujo de trabajo quirúrgico.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores sostienen que este estudio demuestra la viabilidad técnica de una plataforma robótica integrada al flujo de trabajo capaz de soportar múltiples etapas de la RSA dentro de un entorno navegado unificado. La contribución principal no es meramente la asistencia robótica en sí, sino el establecimiento de un Flujo de Trabajo Quirúrgico Digital (DSW) que conecta de manera fluida la planificación preoperatoria, la ejecución robótica/navegada intraoperatoria y la verificación cuantitativa postoperatoria.

El artículo postula que este enfoque aborda la fragmentación de las tecnologías digitales actuales al proporcionar asistencia navegada durante todo el procedimiento, incluyendo la preparación humeral y la inserción del vástago, en lugar de aislar la guía de la glena. Los hallazgos proporcionan evidencia preliminar que respalda el potencial traslacional de esta plataforma para la artroplastia de hombro de precisión. Sin embargo, los autores mantienen una postura modesta, reconociendo que el estudio es un ensayo de viabilidad en cadáveres con un tamaño de muestra limitado y que se requiere una validación clínica prospectiva adicional para establecer la efectividad clínica, la eficiencia del flujo de trabajo y los resultados a largo plazo de los pacientes. El sistema es actualmente un prototipo de investigación sin aprobación regulatoria para uso clínico.