[en] ABSTRACT: Given the medical needs for material for the practice of surgical techniques, hyperrealistic materials have been created as an alternative to reproduce certain behaviors of real organs. Still in a phase of early development, hydrogels are polymers subjected to various cycles of polymerization and freezing, in order to obtain a continuous medium. In order to compare the behavior of an hyperrealistic material with that of real organs, it is necessary to subject both to identical mechanical tests under different hypotheses, a task that sets one of the objectives of this TFG. For this, a mechanical characterization system is developed, valid both for ex-vivo animal organs (outside the body) with and without perfusion (internal pressure) and for hydrogels, which is the other main objective of the work. In the first place, the response of the porcine kidney tissues is studied, carrying out the mechanical tests that reproduce the most critical actions during the interventions: penetration and compression; Three simulated conditions are considered: at maximum pressure (systole), at minimum pressure (diastole) and without pressure. Subsequently, this behavior is compared with that of the hyperrealistic material to see if it is capable of emulating the mechanical properties of biological material. The results of the compression tests, carried out on the hydrogels and the porcine kidney, show that the synthetic material can show on a global scale a similar or representative behavior of the organic sample for low compression load levels. This fact is manifested when assessing the rigidity and energy absorbed in the case of the perfused kidney and some of the hydrogels studied. However, the results of the punching tests, chosen as the characteristic penetration system for arthroscopic surgery techniques, taking into account the dosage and freezing cycles considered to obtain the three hydrogels estudied, show that none of them is representative of the behavior of the kidney. In this case, the high friction of the needle with the synthetic material, during the penetration process, develops high levels of resistance to its displacement that are translated into a value of rigidity and energy absorption much higher than those of the perfused organ. This study cost was €7,889 (VAT included) and lasted 18 weeks. Researchers from the LADICIM group and Hospital virtual Valdecilla (HvV) collaborated on it. The main future work is the study of the porcine kidney with a pulsatile perfusion, as well as the study of the degradation of hydrogels over the time, among others.

[es] RESUMEN: Dadas las necesidades médicas de material para las prácticas de técnicas quirúrgicas han nacido los materiales hiperrealistas como alternativa para reproducir determinados comportamientos de órganos reales. Aún en fase de desarrollo prematuro, los hidrogeles son polímeros sometidos a diversos ciclos de polimerización y congelación, con el fin de obtener un medio continuo. Para poder cotejar el comportamiento del material hiperrealista con el de los órganos reales es necesario someter a ambos a idénticos ensayos mecánicos bajo diversas hipótesis, tarea que fija uno de los objetivos de este TFG. Para ello se desarrolla un sistema de caracterización mecánica, válido tanto para órganos animales ex-vivo (fuera del organismo) con y sin perfusión (presión interna) como para hidrogeles, lo cual es el otro objetivo principal del trabajo. En primer lugar, se estudia la respuesta de los tejidos del riñón porcino, llevándose a cabo los ensayos mecánicos que reproducen las acciones más críticas durante las intervenciones: penetración y compresión; se consideran tres condiciones simuladas: a presión máxima (sístole), a presión mínima (diástole) y sin presión. Posteriormente este comportamiento es cotejado con el del material hiperrealista para ver si es capaz de emular las propiedades mecánicas del material biológico. Los resultados de los ensayos de compresión, realizados sobre los hidrogeles y el riñón porcino, manifiestan que el material sintético puede llegar a mostrar a la escala global un comportamiento similar o representativo de la muestra orgánica para niveles de carga de compresión bajos. Este hecho se manifiesta al valorar la rigidez y energía absorbidas en el caso del riñón perfundido y algunos de los hidrogeles estudiados. Sin embargo, los resultados de los ensayos de punzonado, elegido como sistema de penetración característico de las técnicas de cirugía artroscópica, teniendo en cuenta la dosificación y ciclos de congelación considerados para obtener los tres hidrogeles, muestran que ninguno de éstos es representativo del comportamiento del riñón. En este caso, el elevado rozamiento de la aguja con el material sintético, durante el proceso de penetración, desarrolla unos altos niveles de resistencia al avance que se traducen en un valor de la a rigidez y de absorción de energía muy superiores a los del órgano perfundido. El presente estudio ha tenido un coste de 7.889 € (IVA incluido) y ha durado 18 semanas, en él han colaborado investigadores del grupo LADICIM y del Hospital virtual Valdecilla (HvV). Como principal trabajo futuro está previsto el estudio del riñón porcino con perfusión pulsátil, así como es estudio de la degradación de los hidrogeles con el tiempo, entre otros.