Impacto de la cirugía robótica en la artroplastia total de rodilla: desde la precisión quirúrgica y la recuperación funcional hasta la integración de la inteligencia artificial en la toma de decisiones clínicas

Abstract

Introducción: La artroplastia total de rodilla (TKA) es uno de los procedimientos quirúrgicos más efectivos para el tratamiento de la artrosis avanzada de rodilla, proporcionando un notable alivio del dolor y mejorando la funcionalidad. Sin embargo, entre un 15 y un 20% de los pacientes manifiestan insatisfacción tras la cirugía, lo que ha impulsado la búsqueda de técnicas más precisas, personalizadas y basadas en la evidencia. En este contexto, la artroplastia asistida por robot (rTKA) ha emergido como una innovación con potencial para mejorar la precisión en la alineación de los componentes y optimizar el entorno biomecánico postoperatorio. Paralelamente, la irrupción de la inteligencia artificial (IA), y en particular los modelos de lenguaje como ChatGPT, está transformando el acceso a la información clínica y la toma de decisiones en rehabilitación. No obstante, persiste incertidumbre tanto sobre si la asistencia robótica se traduce en mejores resultados funcionales y preservación muscular, como sobre la capacidad de la IA para reproducir recomendaciones basadas en guías clínicas oficiales.

Objetivos: El objetivo principal de la presente tesis doctoral es analizar el impacto de la cirugía robótica en la artroplastia total de rodilla desde una perspectiva integral, incorporando además el papel emergente de la inteligencia artificial en la toma de decisiones clínicas en rehabilitación. Los objetivos específicos son: 1) Sintetizar la evidencia científica disponible sobre los beneficios y limitaciones de la rTKA frente a la TKA convencional, evaluando alineación, dolor, función, estancia hospitalaria y coste-efectividad. 2) Analizar las diferencias en la activación muscular y el rango de movimiento entre la extremidad operada y la no operada tras rTKA durante la fase postoperatoria temprana, incluyendo posibles diferencias por sexo. 3) Explorar mediante ecografía musculoesquelética las adaptaciones estructurales tempranas en la musculatura del cuádriceps y en el nervio femoral tras TKA convencional y robótica, evaluando el posible efecto modulador de la asistencia robótica. 4) Evaluar la capacidad de ChatGPT-4o para reproducir recomendaciones de guías de práctica clínica en el manejo quirúrgico y rehabilitador de la TKA, analizando su concordancia, consistencia interna y fiabilidad interevaluador.

Métodos: La tesis doctoral se estructura como compendio de cuatro publicaciones internacionales indexadas. En el estudio 1 (umbrella review), se incluyeron 10 revisiones sistemáticas y metaanálisis que comparaban rTKA con TKA convencional. Se evaluaron alineación, dolor postoperatorio, funcionalidad, estancia hospitalaria y coste-efectividad. La calidad metodológica se analizó mediante AMSTAR-2 y el riesgo de sesgo con ROBIS. En el estudio 2, participaron 101 pacientes (50 mujeres y 51 hombres) sometidos a rTKA unilateral. Se evaluó la activación del vasto lateral y medial mediante electromiografía de superficie durante la extensión activa de rodilla y una prueba de marcha de 4 metros. El rango de movimiento se midió durante la marcha. Se aplicaron modelos lineales mixtos para analizar diferencias por lado y sexo. En el estudio 3, se analizaron 11 pacientes (5 TKA convencional y 6 rTKA). Se utilizaron técnicas ecográficas para medir el grosor de los músculos del cuádriceps (recto femoral, vasto intermedio, vasto medial y vasto lateral) y parámetros morfológicos del nervio femoral antes y dentro de las primeras 24 horas tras la cirugía. En el estudio 4, se seleccionaron 20 recomendaciones de la guía de práctica clínica de la American Academy of Orthopaedic Surgeons sobre TKA, que fueron transformadas en preguntas estructuradas y sometidas a ChatGPT-4o en tres ejecuciones independientes. Dos evaluadores clasificaron las respuestas según el marco de la guía (“should do”, “could do”, “do not do”, “uncertain”). Se calcularon la tasa de concordancia, el coeficiente Kappa y la consistencia interna de las respuestas.

Resultados: El estudio 1 concluye que la rTKA mejora la precisión en la alineación de los componentes y reduce los outliers mecánicos. Puede asociarse a menor dolor postoperatorio inmediato y ligera reducción de estancia hospitalaria, pero no existen beneficios consistentes a largo plazo en funcionalidad, satisfacción o tasas de revisión. Además, implica mayor coste y tiempo quirúrgico. El estudio 2 evidenció asimetrías significativas en la activación muscular y el rango de movimiento entre la extremidad operada y la contralateral tras rTKA. El vasto lateral y medial presentaron menor activación en la pierna intervenida, siendo las mujeres quienes mostraron mayor limitación en el rango de movimiento durante la marcha. El estudio 3 mostró que tanto la TKA convencional como la rTKA inducen variaciones en el grosor del cuádriceps en el postoperatorio inmediato. La disminución del recto femoral fue mayor en la cirugía convencional (–11,8%) que en la robótica (–4,6%), sugiriendo un posible efecto atenuador de la asistencia robótica. No se observaron cambios relevantes en la morfología del nervio femoral. El estudio 4 demostró que ChatGPT-4o alcanzó una concordancia global del 60% con las recomendaciones de la guía clínica (κ = 0.392), con una consistencia interna baja en múltiples preguntas. Aunque proporcionó respuestas clínicamente aceptables en algunos dominios, mostró discrepancias relevantes en recomendaciones relacionadas con rehabilitación y resultados funcionales.

Conclusiones: La artroplastia total de rodilla asistida por robot mejora de forma consistente la precisión quirúrgica, pero esta ventaja técnica no se traduce sistemáticamente en mejores resultados funcionales a largo plazo. Persisten déficits neuromusculares y asimetrías funcionales en el postoperatorio temprano, con mayor impacto en mujeres. La asistencia robótica podría ejercer un efecto modulador parcial sobre la musculatura, aunque se requieren estudios longitudinales para confirmarlo. Por otro lado, la inteligencia artificial, representada por ChatGPT-4o, muestra potencial como herramienta educativa y de apoyo comunicativo, pero su alineación con guías clínicas es moderada y variable, lo que impide su uso autónomo en la toma de decisiones clínicas. En conjunto, la tesis integra cirugía robótica, evaluación estructural, análisis neuromuscular e inteligencia artificial, aportando una visión innovadora y multidimensional sobre la optimización de la rehabilitación y la toma de decisiones en pacientes con artroplastia total de rodilla.

Introduction: Total knee arthroplasty (TKA) is one of the most effective surgical procedures for advanced knee osteoarthritis, providing substantial pain relief and improved function. However, 15–20% of patients report dissatisfaction after surgery, which has driven the search for more precise and personalized techniques. Robot-assisted TKA (rTKA) has emerged as a technological innovation aimed at improving implant alignment and surgical precision. Simultaneously, artificial intelligence (AI), particularly large language models such as ChatGPT, is transforming access to clinical information and decision-making in rehabilitation. Nonetheless, uncertainty remains regarding whether robotic assistance translates into superior functional outcomes and muscle preservation, as well as whether AI tools reliably reproduce evidence-based clinical practice guideline recommendations.

Objectives: The main objective of this doctoral thesis was to analyze the impact of robotic-assisted TKA from an integrated perspective, while also evaluating the emerging role of artificial intelligence in clinical decision-making. Specific objectives were: 1) To synthesize available evidence comparing rTKA and conventional TKA in terms of alignment, pain, function, length of stay, and cost-effectiveness. 2) To examine early postoperative differences in muscle activation and range of motion between operated and contralateral limbs after rTKA, including sex-related differences. 3) To explore early structural adaptations of quadriceps muscles and femoral nerve morphology using musculoskeletal ultrasound after conventional and robotic TKA. 4) To evaluate ChatGPT-4o’s ability to reproduce clinical practice guideline recommendations for TKA management.

Methods: This thesis is structured as a compendium of four international indexed publications. Study 1 was an umbrella review including 10 systematic reviews and meta-analyses comparing rTKA and conventional TKA. Study 2 included 101 patients undergoing unilateral rTKA. Surface electromyography assessed vastus medialis and lateralis activation during active knee extension and a 4-meter walking test. Mixed linear models analyzed side and sex differences. Study 3 was a prospective exploratory case series including 11 patients (5 conventional TKA, 6 rTKA). Ultrasound assessed quadriceps muscle thickness and femoral nerve morphology preoperatively and within 24 hours postoperatively. Study 4 evaluated 20 clinical practice guideline recommendations submitted to ChatGPT-4o in three independent trials. Concordance rate, internal consistency, and inter-rater reliability were calculated.

Results: Study 1 concluded that robot-assisted total knee arthroplasty (rTKA) improves component alignment accuracy and reduces mechanical outliers compared with conventional TKA. It may be associated with lower immediate postoperative pain and a slight reduction in hospital length of stay; however, no consistent long-term benefits were observed in terms of functional outcomes, patient satisfaction, or revision rates. Furthermore, rTKA involves increased operative time and higher economic costs. Study 2 demonstrated significant asymmetries in muscle activation and range of motion between the operated and contralateral limbs following rTKA. Both the vastus lateralis and vastus medialis exhibited reduced activation in the operated limb. Women showed greater limitations in range of motion during gait, highlighting potential sex-related differences in early postoperative functional recovery. Study 3 showed that both conventional TKA and rTKA induced changes in quadriceps muscle thickness in the immediate postoperative period. The reduction in rectus femoris thickness was greater in the conventional group (–11.8%) compared to the robotic group (–4.6%), suggesting a potential attenuating or protective effect of robotic assistance on early muscle preservation. No relevant changes were observed in femoral nerve morphology. Study 4 demonstrated that ChatGPT-4o achieved an overall concordance rate of 60% with clinical practice guideline recommendations (κ = 0.392), with low internal consistency across multiple queries. Although the model provided clinically acceptable responses in certain domains, it showed relevant discrepancies in recommendations related to rehabilitation and functional outcomes.

Conclusions: Robot-assisted total knee arthroplasty consistently improves surgical precision; however, this technical advantage does not systematically translate into superior long-term functional outcomes. Early postoperative neuromuscular deficits and functional asymmetries persist, with a greater impact observed in women. Robotic assistance may exert a partial modulatory effect on muscle preservation, although longitudinal studies are required to confirm this potential benefit. In parallel, artificial intelligence, represented by ChatGPT-4o, demonstrates potential as an educational and communicative support tool. Nevertheless, its alignment with clinical practice guidelines is moderate and variable, which currently precludes its autonomous use in clinical decision-making. Overall, this thesis integrates robotic surgery, structural assessment, neuromuscular analysis, and artificial intelligence, providing an innovative and multidimensional perspective on optimizing rehabilitation strategies and decision-making processes in patients undergoing total knee arthroplasty.