Inovação em ortopedia: guias cirúrgicos personalizados para artroplastia total do joelho

Abstract

A artroplastia total do joelho (ATJ) é um procedimento cirúrgico eficaz para tratar doenças degenerativas do joelho, mas a precisão no posicionamento dos componentes protéticos é crucial para o sucesso a longo prazo. Desalinhamentos, mesmo mínimos, podem levar a complicações pós-operatórias, como dor, desgaste prematuro da prótese e necessidade de revisões cirúrgicas, impactando negativamente a qualidade de vida do paciente e aumentando os custos do sistema de saúde. Guias cirúrgicas personalizadas, projetadas a partir da anatomia individual do paciente, surgem como uma solução inovadora e promissora para melhorar a precisão da ATJ. No entanto, os custos e a complexidade dos sistemas comerciais limitam sua acessibilidade, especialmente em ambientes com recursos restritos. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um processo para a criação de guias cirúrgicas personalizadas para ATJ, utilizando tecnologias de código aberto e manufatura aditiva (impressão 3D). Buscou-se, assim, democratizar o acesso a essa tecnologia e contribuir para o avanço e inovação na área de design em saúde. A metodologia, focada em design e inovação, empregou softwares de código aberto, como o 3D Slicer para segmentação de imagens de tomografia computadorizada do joelho e o Blender para modelagem tridimensional das guias. O processo incluiu a obtenção de imagens médicas, segmentação dos ossos do joelho (fêmur e tíbia), planejamento digital dos cortes ósseos, modelagem das guias personalizadas e impressão 3D dos protótipos em resina biocompatível. A validação inicial foi realizada através da avaliação visual da adaptabilidade das guias em biomodelos anatômicos impressos em 3D. Os resultados demonstraram a viabilidade técnica do processo proposto. A segmentação das imagens com o 3D Slicer permitiu a criação de biomodelos anatômicos. O Blender possibilitou a modelagem de guias personalizadas, adaptadas à anatomia individual do paciente, com os planos de corte e encaixes necessários. A impressão 3D, utilizando resina biocompatível, resultou em protótipos com fidelidade anatômica. Os testes iniciais de adaptação das guias aos biomodelos impressos em 3D foram satisfatórios, demonstrando um encaixe estável. Este estudo, com foco em design para geração de inovação, contribui para o avanço da ortopedia ao propor um método para a criação de guias cirúrgicas personalizadas para ATJ. A utilização de softwares e tecnologias de código aberto democratiza o acesso a essa tecnologia, tornando-a viável para uma gama maior de profissionais e instituições, especialmente em contextos com recursos limitados. Embora sejam necessários testes clínicos para validar a eficácia das guias em pacientes reais, os resultados obtidos demonstram o potencial desta metodologia para melhorar a precisão cirúrgica, otimizar o tempo operatório e, consequentemente, melhorar os resultados clínicos e a qualidade de vida dos pacientes submetidos à artroplastia total do joelho.

Total knee arthroplasty (TKA) is a highly effective surgical intervention for managing degenerative knee diseases. However, precise alignment and positioning of prosthetic components are critical for long-term success and prevention of complications. Misalignment, even minimal, can result in postoperative challenges, including pain, premature prosthesis wear, and revision surgeries, thereby negatively affecting patient quality of life and increasing healthcare costs. Customized surgical guides, tailored to individual patient anatomy, offer a promising innovation for improving TKA accuracy. Nevertheless, the high costs and complexity of commercial systems hinder their accessibility, especially in resource-constrained settings. This study aimed to develop an accessible, replicable process for creating customized surgical guides for TKA using open-source technologies and additive manufacturing (3D printing). The goal was to democratize access to this technology, advancing design innovation in healthcare. The methodology involved using open-source software, including 3D Slicer for tomographic image segmentation and Blender for three-dimensional guide modeling. The process encompassed obtaining medical images, segmenting the knee bones (femur and tibia), digitally planning bone cuts, designing customized guides, and 3D printing prototypes using biocompatible resin. Initial validation assessed the guides' adaptability to 3D-printed anatomical biomodels. Results demonstrated the technical feasibility of the proposed workflow. Image segmentation in 3D Slicer enabled the creation of anatomical biomodels, while Blender facilitated the design of customized guides with precise cutting planes and fittings tailored to individual anatomy. The 3D-printed prototypes exhibited anatomical fidelity, and initial tests revealed stable fits to printed biomodels. This study underscores the potential for integrating design processes and open-source technologies to innovate orthopedic procedures. While clinical trials are necessary to validate the guides in realworld settings, the findings highlight the potential to enhance surgical precision, reduce operative time, and improve patient outcomes in TKA.