Analysis of Intraoperative Exposure to X-rays and Surgical Time in Different Techniques for Fixation of Transtrochanteric Fractures of the Femur.

Objective  The present study aimed to evaluate and compare the total surgical procedure time and intraoperative X-ray exposure during different techniques for fixation of transtrochanteric fractures of the femur in elderly patients, using extramedullary and intramedullary methods based on cephalic traction screws. Methods  The Orthopedics and Traumatology Service from our hospital evaluated 107 patients with transtrochanteric fractures, including 34 males and 73 females, with age ranging from 61 to 101 years old. Fracture fixation was performed with a dynamic hip system (DHS) in 21 patients, a standard proximal femoral nail (PFN) in 55 subjects, and a standard gamma nail in 31 patients. All procedures were performed by the same surgeon and his team of nursing assistants, along with the same radiology technician using the same image intensifier. Total surgery time (in minutes) and X-ray emission (in centigrays [cGy]) were evaluated. Results  Transtrochanteric fracture fixation with PFN provides a significantly shorter surgical time ( p  = 0.013) in comparison to the 2 other techniques. Intraoperative exposure to X-rays was significantly lower when using DHS ( p  = 0.015) as a fixation method when compared with gamma nail and PFN. Conclusion  Although PFN resulted in the shortest surgical time, DHS was associated with the lowest X-ray exposure levels within the studied sample. Sociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia. This is an open access article published by Thieme under the terms of the Creative Commons Attribution-NonDerivative-NonCommercial License, permitting copying and reproduction so long as the original work is given appropriate credit. Contents may not be used for commecial purposes, or adapted, remixed, transformed or built upon. ( https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ).

Introduction

Transtrochanteric fractures occur from the base of the femoral neck up to 2.5 cm distally to the lesser trochanter. 1 They are extracapsular injuries. These fractures mostly affect elderly patients who suffer falls from their own height or young people submitted to high-energy traumas. 2 3 The majority of these fractures should be surgically treated. Synthesis can be performed with intramedullary nails (proximal femoral nails [PFNs] and gamma nails) or extramedullary plates (dynamic hip system [DHS]). These three techniques are based on fixation with a sliding cephalic traction screw. Clinical outcomes from these techniques are similar, providing stable fracture fixation, early mobilization, bone consolidation with a low complication rate, and a quick return to usual activities. 1 3 4 5

Diagnosis and treatment are contingent to imaging tests, including radiography and computed tomography (CT) scans. These resources increase diagnostic accuracy, leading to more specific treatments for each type of fracture, that is, the selection of the best fixation technique.

The introduction and development of image intensifier technology improved surgical procedures due to a better visualization for fracture reduction and implant positioning. In addition, image intensifier technology decreased surgical times, further improving clinical and functional outcomes. 3 6 7

However, exposure to ionizing radiation has medium- and long-term negative consequences. 8 The accumulated radioactive load may cause and/or potentiate cancers due to the so-called stochastic effects; for instance, the likelihood of cancer is proportional to the radiation dose received. 9 10

Transtrochanteric fractures require radiographic images for diagnosis and treatment; as such, patients are exposed to radiation twice. Therefore, the present study compared different surgical treatments for transtrochanteric fractures of the femur, all with similar outcomes, 11 to determine which has the shorter procedural time and lower radiation exposure to all involved personnel, 8 minimizing this harm.

Materials and Methods

This is a qualitative and quantitative study with a sample of 107 patients who underwent surgery for transtrochanteric femoral fractures correction at the Orthopedics and Traumatology Service of our institution from January 1 to December 31, 2017. Data on the type of fracture from each patient were collected using a protocol and classified by the authors of the present research. The sample consisted of 73 (68.2%) females and 34 (31.8%) males, with an average age of 81 years old, maximum age of 101 and minimum age of 61 years old. The type of implant used for fracture fixation, number of x-rays required for fixation, and surgical time were also determined.

Differences between techniques were determined by a nonparametric hypothesis test, the Mood median test. All procedures were performed by the same surgeon, the same radiology technician, and the same image intensifier (Ziehm Solo Imaging).

In addition, the present study was based on a bibliographic research focused on a narrative literature review, defined as a comprehensive bibliographic research appropriate to describe, approach, and analyze the development of a certain object of study in the literature under a theoretical or contextual bias. Therefore, there is no conflict of interests. This research included textbooks and scientific papers from databases such as SciELO, PubMed, and RBO.

Results

A detailed data analysis was performed to summarize the features from each evaluated surgical technique, as well as their outcomes ( Figure 1 ).

Fig. 1

Data was tested for normality to determine the types of tests that could be applied. When data does not follow normality ( p  < 0.05), the most suitable value for evaluations is median, instead of mean, as usual. The following values are showed here: p <0.005; mean, 198.72; 11.57, minimum value; 848.63, maximum value. The median value (167.61) is the best measure for analysis due to the lack of normal distribution. Source: research data.

General descriptive analysis of X-ray exposure level (cGy.cm2).

Differences between techniques were determined using a nonparametric hypothesis test, the Mood median test. Since our sample does not have a normal distribution (as previously shown), the test was based on median values of exposure levels between groups ( Figure 2 ).

Fig. 2

Descriptive analysis of exposure level features per surgical technique. Source: research data.

H0: Median values of exposure levels are equal (conservative hypothesis)

Ha: At least one median value of the exposure levels from the groups is different from the other two.

The test allows us to affirm, with 95% confidence, that there is a statistically significant difference in at least one of the median values. H0 is rejected and Ha is accepted with a p-value equal to 0.015.

Median values show that gamma nails and PFNs have a higher level of exposure compared with DHS; however, we cannot statistically state that gamma nails are associated to a higher level of exposure than PFN, because their median values are statistically equal (note that their intervals overlap).

We also show boxplots, which are graphs used to visually compare two or more groups. The horizontal line dividing the boxes is the median value, whereas the vertical lines indicate the boundaries of continuous data ( Figure 3 ).

Fig. 3

Explanatory boxplot. Source: research data.

The following boxplots show data distribution as a form of representation. The line connecting the samples indicates the mean value, and the horizontal line at the center of each block is the median value ( Figures 4 and 5 ).

Fig. 4

Boxplot comparing surgical techniques. DHS, Dynamic hip system; PFN, proximal femoral nail. Source: research data.

Fig. 5

Mood median test for surgical time versus surgical technique. Source: research data.

Asterisks above each block are outliers, that is, “points outside the curve” with a very different behavior from the other points.

The test allows us to affirm, with 95% confidence, that there is a statistically significant difference in at least one of the median values. H0 is rejected and Ha is accepted with a p-value equal to 0.013.

Median values indicate that DHS is associated with a longer surgical time compared with PFN; however, we cannot affirm that DHS and gamma nails are statistically different. Similarly, gamma nails and PFNs present statistically equal median values ( Figure 6 ).

Fig. 6

Time versus technique boxplot. DHS, Dynamic hip system; PFN, proximal femoral nail. Source: research data – based on data from the Orthopedics and Traumatology Service from our institution.

Discussion

The increased average life expectancy resulted in an expansion in surgeries for fractures of the proximal third of the femur, along with more studies to determine the best way to perform them. The estimated superiority in surgical time is associated with elevated intra- and postoperative complication rates in elderly patients, who are the most involved in this type of surgery. In contrast, shorter surgical times generate lower bleeding rates, hemodynamic instability, and anesthetic exposure.

In a study conducted at a multidisciplinary Government Hospital in India, Sharma et al. 3 compared clinical and radiological outcomes from patients with stable intertrochanteric fractures treated with PFN or DHS. The authors concluded that PFN provided significantly shorter surgical times ( p <  0.01), smaller incisions and, consequently, a lower rate of surgical wound-related complications.

Zhang et al. 12 also compared surgical techniques using DHS and PFN to treat transtrochanteric fractures. Both studies concluded that there is a statistically significant difference regarding surgical time, and all statistical analyzes corroborate that the PFN-type intramedullary nail is statistically associated with a shorter time when compared with DHS, an extramedullary technique.

Since the discovery of x-rays, the use of ionizing radiation for intraoperative assistance has been expanded with image intensifier devices. There is an increasing concern about radiation emissions involved in medical procedures due to their medium- and long-term negative effects. It is known that using appropriate personal protective equipment (PPE) and keeping the maximum possible distance from the x-ray beam represent effective solutions to maintain a reasonably safe level of exposure. The present study also demonstrated that the selected technique reduces radiation exposure in these work environments.

Sharma et al. 3 compared x-ray exposure using DHS (extramedullary technique) and PFN (intramedullary technique). The average exposure was 48.7 mGy/cm 2 with DHS and 71 mGy/cm 2 with PFN, with a significant difference ( p <  0.001). For Rashid, who also compared these techniques, the average exposure was 668 mGy/cm 2 with DHS and 1,040 mGy/cm 2 with PFN, with a notable difference ( p <  0.001). These findings are consistent with our study, which found a statistically significant difference ( p  = 0.015) when comparing an average exposure of 115 mGy/cm 2 with DHS versus 168 mGy/cm 2 with PFN, an increase in exposure close to 50% between both surgical techniques in these 2 studies.

Conclusion

Transtrochanteric fractures fixation using PFN had a shorter surgical time. However, DHS provided lower X-ray exposure, which was statistically significant when compared with gamma nails and PFNs, benefiting both the patient and health professionals involved in the procedure.

Therefore, based on this discussion and technical comparisons, the surgeon must decide which technique to use according to skill, experience and, of course, material availability at the institution. The surgeon needs to understand the risks and benefits of each technique, as well as their peculiarities, to make the best possible choice for both the surgical team and, especially, for the patient.

Introdução

As fraturas transtrocanterianas são aquelas compreendidas entre a base do colo do fêmur até 2,5 centímetros distal ao trocanter menor, 1 sendo fraturas extracapsulares. Os idosos vítimas de queda da própria altura são os mais acometidos, além dos jovens após sofrerem trauma de alta energia. 2 3 Na maioria dos casos, são fraturas de tratamento cirúrgico em que, para realização da síntese, as técnicas utilizadas são as hastes intramedulares (proximal femur nail [PFN, na sigla em inglês] e gama nail) ou as placas extramedulares (DHS, na sigla em inglês), todas baseadas na fixação com parafuso deslizante de tração cefálico. Os resultados clínicos dessas técnicas são semelhantes, proporcionando uma fixação estável da fratura, mobilização precoce, uma consolidação óssea com baixo índice de complicações e rápido retorno às atividades habituais. 1 3 4 5

O diagnóstico e o tratamento são dependentes de exames de imagem, como radiografias e tomografias computadorizadas (TCs). Com esses recursos, obtiveram-se diagnósticos mais precisos e, por conseguinte, tratamentos mais específicos para cada tipo de fratura, utilizando assim a melhor técnica de fixação.

Com o surgimento e o uso da tecnologia de intensificador de imagens, os procedimentos cirúrgicos foram ganhando mais qualidade, a redução das fraturas e o posicionamento dos implantes foram vistos mais nitidamente e, além disso, houve uma grande diminuição do tempo cirúrgico, melhorando ainda mais os resultados clínicos e funcionais para os pacientes. 3 6 7

Entretanto, a exposição à radiação ionizante tem suas consequências negativas: 8 a médio e longo prazo, a carga radioativa acumulada devido a esses raios acaba gerando e/ou potencializando cânceres, o que se chama de efeitos estocásticos, nos quais a probabilidade de ocorrência de um câncer, por exemplo, é proporcional à dose de radiação recebida. 9 10

Como o diagnóstico e o tratamento são dependentes de imagem radiográfica, ou seja, pacientes que sofrem essas fraturas são submetidos à radiação tanto no diagnóstico quanto durante o tratamento cirúrgico, objetivou-se, a partir da análise de fraturas transtrocanterianas do fêmur, alcançar a escolha da técnica operatória, dentre todas que contenham o mesmo resultado final para o paciente, 11 com um menor tempo de cirurgia e que exponha todos envolvidos os envolvidos à menor taxa de radiação, 8 minimizando seus malefícios.

Materiais e Métodos

No que tange à metodologia, trata-se de um estudo qualiquantitativo, no qual se obteve uma amostra de 107 pacientes submetidos a cirurgia para correção da fratura de fêmur transtrocantérica no serviço de ortopedia e traumatologia da nossa instituição no período de 1 de janeiro de 2017 a 31 de dezembro de 2017. Por meio de um protocolo, foram coletados dados relativos ao tipo de fraturas de cada paciente, e as fraturas foram classificadas pelos próprios autores da presente pesquisa. Os dados obtidos incluíam aspectos demográficos, tais como gênero, com 68,2% dos avaliados do sexo feminino ( n  = 73) e 31,8 do masculino ( n  = 34). A média de idade foi de 81 anos, com idade máxima de 101 e mínima de 61 anos. Incluíram-se igualmente dados como tipo de implante usado para fixação da fratura, quantidade de raios usados para fixação e tempo cirúrgico.

Para analisar as diferenças entre as técnicas, aplicamos um teste de hipótese não paramétrico chamado Mood Median Test. Tudo a partir do mesmo cirurgião, do mesmo técnico de radiologia e do mesmo aparelho intensificador de imagens (Ziehm Solo Imaging).

Além disso, o presente trabalho fundamentou-se na pesquisa bibliográfica, no enfoque da revisão de literatura narrativa, ou seja, aquela que se define como uma pesquisa bibliográfica abrangente, apropriada para descrever, abordar e analisar o desenvolvimento de um certo objeto de estudo na literatura sob o viés teórico ou contextual. Portanto, não há conflito de interesses. Para tanto, foram utilizados livros-texto e artigos científicos rastreados em plataformas de dados tais como Scielo, PubMed e RBO.

Resultados

Uma análise detalhada dos dados obtidos foi realizada para resumir as características de cada técnica cirúrgica avaliada, assim como dos resultados ( Figura 1 ).

Fig. 1

Os dados são testados perante a normalidade para determinar os tipos de testes que podem ser aplicados. Quando não seguem normalidade ( p  < 0,05), o mais indicado para avaliações é a mediana, e não a média, como de costume. Aqui, temos p  < 0,005, com média de 198,72, sendo 11,57 o mínimo e 848,63 o máximo. Não sendo normal, a mediana se torna a melhor medida para análise (167,61). Fonte: autoria própria

Análise descritiva geral das características do nível de exposição aos raios X (cGy.cm2).

Para analisar as diferenças entre as técnicas, aplicamos um teste de hipótese não paramétrico chamado Mood Median Test. Como nossa amostra não tem distribuição normal (conforme demonstrado anteriormente), o teste foi baseado nas medianas do nível de exposição entre os grupos ( Figura 2 ).

Fig. 2

Análise descritiva das características do nível de exposição versus técnicas cirúrgicas. Fonte: autoria própria.

H0: As medianas do nível de exposição são iguais (hipótese conservadora)

Ha: Pelo menos uma mediana dos níveis de exposição dos grupos são diferentes entre si.

O teste nos permite afirmar, com 95% de confiança, que, estatisticamente, existe diferença em, pelo menos, uma das medianas. Rejeita-se H0 e aceita-se Ha com p  = 0,015.

Com a figura de medianas, temos que GAMA e PFN têm um nível de exposição maior que DHS, mas não podemos afirmar estatisticamente que GAMA tem maior nível de exposição que PFN, porque estatisticamente suas medianas são iguais (note-se que os intervalos se sobrepõem).

Outro tipo de gráfico que disponibilizamos é o boxplot que é utilizado para uma comparação visual entre dois ou mais grupos. A linha horizontal que divide as caixas é a mediana, e a vertical representa os limites dos dados contínuos ( Figura 3 ).

Fig. 3

BoxPlot explicativo. Fonte: autoria própria.

O gráfico boxplot abaixo demonstra a distribuição dos dados. É uma forma de representação. A linha que conecta as amostras é a média e a linha horizontal no centro de cada bloco são as medianas ( Figuras 4 e 5 ).

Fig. 4

BoxPlot comparativo entre as técnicas cirúrgicas. Fonte: autoria própria.

Fig. 5

Tempo de cirurgia versus a técnica cirúrgica em Mood median test. Fonte: autoria própria.

Os asteriscos acima de cada bloco são outliers, como se fossem “pontos fora da curva” que têm o comportamento muito discrepante dos demais.

O teste nos permite afirmar, com 95% de confiança, que, estatisticamente, existe diferença em, pelo menos, uma das medianas. Rejeita-se H0 e aceita-se Ha com p  = 0,013.

Com a figura de medianas, temos que DHS tem um tempo de cirurgia maior que PFN, porém não podemos afirmar que DHS e GAMA são estatisticamente diferentes. Da mesma forma, ao comparar GAMA e PFN, suas medianas são estatisticamente iguais ( Figura 6 ).

Fig. 6

BoxPlot Tempo versus Técnica. Fonte: autoria própria – baseado nos dados do Serviço de ortopedia e traumatologia da nossa instituição.

Discussão

Com a estimativa média de vida aumentada hoje em dia, mais fraturas do terço proximal do fêmur têm sido operadas e, com elas, mais estudos têm sido feitos para se determinar a melhor maneira de serem conduzidas. A superioridade estimada em tempo cirúrgico é considerada importante para aumentar as complicações intra- e pós-operatórias em pacientes idosos, que são os maiores envolvidos nesse tipo de cirurgia, já que um menor tempo cirúrgico gera menores taxas de sangramento, instabilidade hemodinâmica e exposição anestésica.

Em estudo realizado no Hospital Governamental multidisciplinar na Índia, Sharma et al. 3 compararam resultados clínicos e radiológicos de pacientes com fraturas intertrocantéricas estáveis tratados com hastes femorais proximais versus DHS e concluíram que as hastes femorais proximais proporcionam uma cirurgia significativamente mais curta ( p  < 0,01), com uma menor incisão e, consequentemente, menos complicações relacionadas à ferida operatória.

Assim como Zhang et al., 12 o presente estudo comparou as técnicas operatórias utilizando o DHS e o PFN para tratar fraturas transtrocantéricas, e ambos concluíram que existe uma diferença estatística significativa quanto ao tempo operatório, em que todas as análises estatísticas corroboram o uso da haste intramedular tipo PFN com um tempo estatisticamente menor se comparado com a técnica extramedular do DHS.

Desde a descoberta dos raios X, o uso de radiação ionizante para fins de auxílio intraoperatório vem sendo ampliado a partir do uso de aparelhos de intensificadores de imagem. Nessa perspectiva, cada vez mais existe a preocupação quanto às emissões de radiação envolvidas nos procedimentos, pois elas geram, a médio e longo prazo, efeitos negativos. Como já reconhecido, estar sempre paramentado com os devidos equipamentos de proteção individual (EPIs) e se manter à máxima distância possível do feixe de raios X representam soluções eficazes para manter um nível de exposição razoavelmente seguro. Porquanto, demonstrou-se no presente estudo qual técnica escolhida possui também outras garantias à menor exposição à radiação nestes ambientes de trabalho.

Sharma et al. 3 compararam a exposição aos raios X utilizando as técnicas de DHS (extramedular) com PFN (intramedular). Como resultado, utilizando o DHS, eles observaram uma exposição média de 48,7 mGy/cm 2 , e o PFN teve média de 71 mGy/cm 2 , observando, assim, uma diferença significativa ( p <  0,001). Rashid, que também comparou as mesmas técnicas, teve como resultado, utilizando o DHS, uma exposição média de 668 mGy/cm 2 , e o PFN teve média de 1.040 mGy/cm 2 , observando uma notável diferença (p < 0,001), assim com o presente estudo, que constatou uma diferença estatisticamente significativa ( p  = 0,015), em que a média de exposição do DHS foi de 115 mGy/cm 2 contra 168 mGy/cm 2 do PFN, ou seja, um aumento próximo de 50% de exposição entre as técnicas operatórias nos 2 estudos.

Conclusão

A fixação das fraturas transtrocanterianas utilizando o PFN como método de fixação tem um tempo menor de cirurgia. Entretanto, verificou-se que o DHS proporciona uma menor exposição aos raios X estatisticamente significativa quando comparada às técnicas operatórias utilizando o gama nail e PFN, beneficiando o paciente e os profissionais de saúde envolvidos no procedimento.

Portanto, com toda a discussão e comparação sobre as técnicas a serem escolhidas, cabe ao cirurgião a que for de sua maior familiaridade, experiência e, naturalmente, a disponibilidade do material no serviço em questão, tornando-se necessário saber e avaliar os riscos e benefícios, assim como as peculiaridades de cada técnica, para que a escolha seja a melhor possível tanto para a equipe cirúrgica quanto, principalmente, para o paciente.