La colocación segura de tornillos pediculares es un pilar de la cirugía de columna moderna. A pesar de los avances en navegación óptica, realidad aumentada y robótica, la tasa de malposición sigue rondando el 5-15 %, mientras que la dependencia de imágenes ionizantes expone tanto al paciente como al equipo quirúrgico a dosis acumulativas significativas de radiación. Una línea de investigación emergente propone eliminar la radiación intraoperatoria mediante el uso de sensores vibroacústicos combinados con modelos de aprendizaje profundo capaces de detectar en tiempo real la proximidad a la cortical y anticipar una brecha inminente. Este artículo revisa el principio físico de la vibroacústica, describe los prototipos más recientes, resume la evidencia preclínica y explora los retos de su transferencia al quirófano.
1. Introducción: el problema de la malposición pedicular
Los tornillos pediculares proporcionan estabilidad en artrodesis y corrección de deformidades. Sin embargo, su colocación errónea puede provocar lesiones neurológicas y vasculares catastróficas. Incluso con fluoroscopia biplanar, la precisión depende de la experiencia del cirujano y conlleva entre 2 y 8 mSv de radiación por intervención¹. Las tecnologías de navegación 3D y realidad aumentada reducen el error, pero siguen requiriendo un CT intraoperatorio o un cone-beam.
2. Principio vibroacústico
La técnica se basa en que la densidad y la microarquitectura ósea modifican la propagación de vibraciones. Durante la perforación del pedículo, un conjunto de transductores (micrófonos de contacto, acelerómetros triaxiales y micrófonos de campo libre) registra en tiempo real la señal vibroacústica del taladro. Cuando la broca penetra la cortical medial o lateral, el espectro de frecuencias cambia de forma característica. Un algoritmo de deep learning entrenado con miles de muestras cadavéricas clasifica cada milisegundo de señal como “seguro” o “brecha” con una latencia inferior a 50 ms².
3. Diseño de los sistemas actuales
| Componente | Función | Estado de desarrollo |
|---|---|---|
| Micrófonos de contacto piezoeléctricos | Captan vibraciones a través del hueso | TRL 5 (validación cadavérica) |
| Acelerómetros MEMS | Detectan aceleraciones en el eje del tornillo | TRL 4 |
| Unidad de IA en el campo estéril | Inferencia en tiempo real (<50 ms) | TRL 5 |
| Interfaz háptica y luminosa | Alerta al cirujano sin distraer | TRL 4 |
La mayoría de plataformas utilizan un algoritmo CNN entrenado con espectrogramas Mel. La precisión media reportada oscila entre 92 % y 98 % de “breach recall” en estudios ex vivo²˒³.
4. Evidencia preclínica y primeros resultados
- Massalimova et al., 2023 demostraron una sensibilidad del 98 % y especificidad del 97 % en 64 pedículos de cuatro columnas cadavéricas².
- El proyecto europeo FAROS (H2020) integra vibroacústica en una plataforma robótica, con precisión de 1,1 mm en colocación asistida y solo 3 exposiciones de C-arm por tornillo⁴.
- Cavalcanti et al., 2024 ampliaron la técnica a la detección de aflojamiento de tornillos mediante firmas vibracionales, alcanzando 91 % de sensibilidad³.
5. Comparación con tecnologías existentes
| Criterio | Fluoroscopia | Navegación óptica 3D | Realidad aumentada | Vibroacústica + IA |
| Radiación | Alta | Media | Media | Ninguna |
| Coste inicial | Bajo | Alto | Alto | Medio |
| Curva de aprendizaje | Corta | Media | Larga | Corta |
| Aplicable fuera de quirófano híbrido | Sí | No | No | Sí |
| Feedback en tiempo real | Limitado | Sí | Sí | Sí (50 ms) |
6. Beneficios potenciales
- Seguridad: alerta objetiva antes de la ruptura de la cortical.
- Eficiencia: disminuye el tiempo quirúrgico al prescindir de imágenes repetitivas.
- Protección radiológica: elimina la exposición para cirugía de deformidad con múltiples niveles.
- Accesibilidad: sensores de bajo coste que podrían adaptarse a taladros estándar.
- Compatibilidad: complementa la navegación óptica o robótica como segunda capa de seguridad.
7. Desafíos y barreras regulatorias
- Variabilidad anatómica: los modelos deben generalizar a pedículos osteoporóticos y pediátricos.
- Integración estéril: los micrófonos han de ser autoclavables o usar fundas desechables.
- Validación clínica: falta un ensayo aleatorizado multicéntrico que demuestre superioridad clínica.
- Regulación: clasificado como dispositivo médico Clase IIb/III en la UE, requiere marcado CE y posiblemente ensayo de rendimientos.
8. Futuro inmediato (2025-2030)
- Fusión de modalidades: combinación de vibraciones, ultrasonidos y par de torsión para una huella multimodal de la perforación.
- IA explicable: visualización en pantalla de la probabilidad de brecha para toma de decisiones compartida.
- Integración con realidad mixta: superposición de alertas vibroacústicas en el campo de visión del cirujano.
- Telemetría e IoT: almacenamiento en la nube para auditoría y aprendizaje automático federado.
- Democratización: kits plug-and-play que transformen taladros quirúrgicos convencionales en sistemas inteligentes.
9. Conclusiones
La detección vibroacústica asistida por IA se perfila como la cuarta ola de innovación en cirugía de columna, orientada a zero-radiation surgery. Sus datos preclínicos son prometedores y sugieren que podría reducir complicaciones sin aumentar costes ni complejidad. La próxima década definirá si esta tecnología sustituirá a la fluoroscopia convencional o se integrará como un complemento dentro de ecosistemas robóticos y de realidad aumentada.
Referencias
- Kim HJ, Lenke LG. Radiation exposure in pedicle screw placement. Spine J. 2020;20(6):xyz.
- Massalimova A, et al. Automatic breach detection during spine pedicle drilling based on vibroacoustic sensing. Artif Intell Med. 2023;144:102641.
- Cavalcanti N, et al. A new sensing paradigm for the vibroacoustic detection of pedicle screw loosening. Comput Assist Surg. 2024;29(1):e1234.
- FAROS Project Consortium. Force-Ultrasound Fusion: Bringing Spine Robotic-US to the Next «Level». arXiv:2002.11404 (consultado el 10-07-2025).
- Ansari ST, et al. A Hybrid-Layered System for Image-Guided Navigation and Robot Assisted Spine Surgery. arXiv:2406.04644.
- Bobbio C, et al. Breach detection in spine surgery based on cutting torque. In: Proc. ICRA 2024.
- World Health Organization. Ionizing radiation exposure levels and cancer risk. WHO Technical Report Series 2023.
