The use of computer-assisted surgery as an educational tool for the training of orthopedic surgery residents in pedicle screw placement: a pilot study and survey among orthopedic residents

The use of computer-assisted surgery as an educational tool for the training of orthopedic surgery residents in pedicle screw placement: a pilot study and survey among orthopedic residents

Can J Surg 2016;59(6):391-98 | PDF

Ahmed Aoude, MD, MEng; Hamzah Alhamzah, MD, MPH; Maryse Fortin, PhD; Peter Jarzem, MD; Jean Ouellet, MD; Michael H. Weber, MD, PhD

Abstract

Background: The training of orthopedic residents in adequate pedicle screw placement is very important. We sought to investigate orthopedic residents’ perspectives on the use of computer-assisted surgery (CAS) in a training trial.

Methods: Orthopedic residents were randomly assigned to independently place a screw using the free-hand technique and the CAS technique on 1 of 3 cadavers (Cobb angles 5º, 15º and 67º) at randomly selected thoracolumbar vertebral levels. All residents were blinded to their colleagues’ pedicle screw placements and were asked to complete a short questionnaire at the end of the session to evaluate their experience with CAS. We obtained CT images for each cadaver to assess pedicle screw placement accuracy and classified placement as A) screw completely in pedicle, B) screw < 2 mm outside pedicle, C) screw 2–4 mm outside pedicle, or D) screw > 4 mm outside pedicle.

Results: Twenty-four orthopedic residents participated in this trial study. In total, 65% preferred using the free-hand technique in an educational setting even though most (60%) said that CAS is safer. The main reason for free-hand technique preference was the difficult technical aspects encountered with CAS. In addition, accuracy of pedicle screw placement in this trial showed that 5 screws were classified as A or B (safe zone) and 19 as grade C or D (unsafe zone) using the free-hand technique compared with 15 and 9, respectively, using CAS (p = 0.008).

Conclusion: Orthopedic residents perceived CAS as safe and demonstrated improved accuracy in pedicle screw placement in a single setting. However, the residents preferred the free-hand technique in an educational stetting owing to the difficult technical aspects of CAS.

Résumé

Contexte : Il est très important d’apprendre aux médecins résidents en chirurgie orthopédique comment positionner adéquatement une vis pédiculaire. Notre objectif était d’obtenir l’opinion des médecins résidents sur le recours à la chirurgie assistée par ordinateur (CAO) dans un essai sur la formation.

Méthodes : Des médecins résidents en chirurgie orthopédique répartis aléatoirement ont placé indépendamment une vis à l’aide d’une technique à main libre basée sur les repères topographiques et la palpation, et de la CAO dans 1 de 3 cadavres (angles de Cobb de 5°, 15° et 67°) dans une vertèbre dorsolombaire sélectionnée aléatoirement. Aucun des médecins résidents n’a pu observer le positionnement de la vis de ses collègues, et les participants ont rempli un court questionnaire à la fin de la séance pour évaluer leur expérience de la CAO. Nous avons obtenu un tomodensitogramme pour chaque cadavre afin d’évaluer la précision du positionnement de la vis pédiculaire, classée selon 4 catégories : A) vis entièrement dans le pédicule, B) vis < 2 mm hors du pédicule, C) vis de 2–4 mm hors du pédicule, ou D) vis > 4 mm hors du pédicule.

Résultats : Vingt-quatre médecins résidents en chirurgie orthopédique ont participé à l’étude clinique. Au total, 65 % d’entre eux ont préféré utiliser la technique à main libre dans un contexte de formation, même si la plupart (60 %) considéraient que la CAO était plus sécuritaire. La principale raison justifiant cette préférence était le degré de difficulté technique associé à la CAO. De plus, une évaluation de la précision du positionnement a montré qu’avec la technique à main libre, 5 des vis posées se classaient dans les catégories A ou B (sécuritaire) et 19 dans les catégories C ou D (non sécuritaire), alors que la CAO a permis de positionner 15 vis dans les catégories A ou B et 9 dans les catégories C ou D (p = 0,008).

Conclusion : Les médecins résidents en chirurgie orthopédique considèrent que la CAO est une technique sécuritaire qui permet d’améliorer la précision du positionnement d’une vis pédiculaire dans un contexte d’insertion unique. Toutefois, dans un contexte de formation, les médecins résidents ont préféré la technique de positionnement à main libre en raison du degré de difficulté technique associé à la CAO.


Accepted June 20, 2016

Affiliations: From the McGill University Health Centre, Division of Orthopaedics Surgery, Montreal, QC (Aoude, Alhamzah, Fortin, Jarzem, Ouellet, Weber); the McGill Scoliosis and Spine Centre, McGill University, Montreal, QC (Fortin, Jarzem, Ouellet, Weber); and the Department of Surgery, McGill University, Montreal, Canada (Jarzem, Ouellet, Weber).

Competing interests: None declared.

Contributors: A. Aoude, P. Jarzem, J. Ouellet and M. Weber designed the study. A. Aoude, H. Alhamzah and M. Fortin acquired and analyzed the data, which P. Jarzem, J. Ouellet and M. Weber also analyzed. All authors wrote and reviewed the article and approved the final version for publication.

DOI: 10.1503/cjs.012115

Correspondence to: M.H. Weber, McGill University Health, Centre, Montreal General Hospital Site, A5-169, 1650 Cedar Ave., Montreal QC H3G 1A4 michael.weber@hotmail.com