Robotic Surgery and Computer Navigation for Knee Arthroplasty - The Present and the Future

Trabalho Final do Mestrado Integrado em Medicina apresentado à Faculdade de MedicinaNas últimas 4 décadas de artroplastia do joelho, foram desenvolvidos substancialmente os materiais utilizados, o desenho e os sistemas de instrumentação, com o intuito de melhorar a consistência da técnica, o desempenho funcional e a longevidade da prótese. Contudo, apesar desta evolução, estudos publicados sugerem que 15% a 20% dos doentes estão insatisfeitos com a artroplastia do joelho. Esta insatisfação e o facto de a técnica cirúrgica ser descrita como a causa mais frequente de falência da prótese do joelho deram origem a um aumento do interesse na cirurgia ortopédica assistida por computador. Os sistemas diferem quanto ao número de variáveis que controlam e estão divididos em sistemas de navegação, robóticos ativos, robóticos semiativos e robóticos passivos, consoante o grau de independência com que executam os procedimentos.Elaborou-se uma revisão da literatura através de uma pesquisa na base de dados eletrónica Medline/Pubmed, utilizando combinações de termos “computer navigation”, “robotics”, “unicompartmental knee arthroplasty”, “total knee arthroplasty” e “soft tissue balancing”, não foi imposto limite temporal relativamente aos artigos selecionados, contudo foi dada preferência aos artigos mais recentes de forma a analisar a evolução do estado da arte e com o objetivo de: (i) resumir e discutir os diferentes tipos de cirurgia ortopédica assistida por computador, (ii) avaliar os resultados destes sistemas na artroplastia do joelho, (iii) avaliar as vantagens e limitações dos diferentes sistemas e, por último, (iv) quais as perspetivas futuras.Atendendo aos objetivos propostos, constatou-se que os sistemas de cirurgia assistida por computador melhoram a consistência e precisão da artroplastia do joelho, obtendo assim menor variação do eixo mecânico e a restauração da linha articular. Constatou-se ainda que, estudos recentes, encontraram uma associação entre a cirurgia navegada e a diminuição da taxa de revisão na artroplastia total do joelho. Contudo, estes sistemas estão associados a um aumento do tempo cirúrgico e, no caso dos sistemas robóticos, os custos são ainda proibitivos. No futuro, a artroplastia do joelho vai incluir um planeamento mais preciso e uma execução intraoperatória mais consistente e reprodutiva. O aumento da precisão juntamente com um equilíbrio ligamentar que será mais do que igualar os espaços em flexão e extensão, associado à personalização avançada das próteses do joelho, poderão ser a chave para mimetizar a cinemática do joelho normal. Tendo em conta a evolução tecnológica dos sistemas de cirurgia ortopédica assistida por computador e os resultados obtidos, é espectável que, num futuro próximo, tecnologias como a cirurgia navegada por computador e os sistemas robóticos semiativos venham a ter um papel tão importante na atividade diária do cirurgião como a fluoroscopia intraoperatória no tratamento da maioria das fraturas nos dias de hoje.In the last 4 decades of knee arthroplasty, the materials used, the design and the instrumentation systems, have been developed in order to improve the consistency of the technique, the functional performance and the longevity of the prosthesis. However, despite this development, published studies suggest that 15% to 20% of patients are dissatisfied with knee arthroplasty. This dissatisfaction and the fact that the surgical technique is described as the most frequent cause of knee prosthesis failure has led to an increased interest in computer assisted orthopaedic surgery. The systems differ in the number of variables they control and are divided into navigation systems, active robotics, semi-active robotics and passive robotics, depending on the degree of independence in which they perform the procedures.A review of the literature was done through a search on the electronic database Medline / Pubmed, using combinations of terms "computer navigation", "robotics", "unicompartmental knee arthroplasty", "total knee arthroplasty" and "soft tissue balancing" , there was no temporal limitation on the articles selected, however, preference was given to the most recent ones in order to study the evolution of the state of the art and with the objective of: (i) summarizing and discussing the different types of computer assisted orthopaedic surgery , (ii) evaluating the results of these systems in knee arthroplasty, (iii) evaluating the advantages and disadvantages of the different systems and (iv) future perspectives.Taking into account the proposed objectives, it was found that computer assisted surgery systems improve the consistency and precision of knee arthroplasty thus, obtaining less variation of the mechanical axis and restoration of the joint line. It was also observed that, recent studies, found an association between the surgery navigated and the reduction of the revision rate in total knee arthroplasty. Nevertheless, these systems are associated with increased surgical time and, in the case of robotic systems, costs are still prohibitive.In the future, knee arthroplasty will include more precise planning and more consistent and reproducible intraoperative execution. Increasing precision along with a ligament balance that will be more than matching flexion and extension spaces associated with advanced knee prosthesis customization may be the key to mimic the normal knee kinematics. Given the technological evolution of computer assisted orthopaedic surgery systems and the results obtained, it is likely that, in the near future, technologies such as computer navigated surgery and semi-active robotic systems will play such an important role in the daily activity of the surgeon as the intraoperative fluoroscopy in the treatment of most fractures these days