Análisis y selección del material adecuado para el desarrollo de modelos cardiovasculares: aplicación a un simulador de TAVI

Abstract

El presente trabajo se centra en el diseño y fabricación de un simulador para el entrenamiento médico en la intervención de Reemplazo Valvular Aórtico Transcatéter (TAVI). Uno de los objetivos principales es que el modelo cardiovascular sea geométricamente equivalente a su homólogo biológico y que sus propiedades mecánicas se acerquen lo máximo posible a las propiedades biomecánicas de la arteria aorta. Además, se busca que el modelo sea transparente para permitir la visualización del movimiento del material quirúrgico en su interior durante los cursos de entrenamiento. Para mejorar la versión anterior del simulador, se propuso la sustitución del material de fabricación, reemplazando la resina fotosensible utilizada hasta el momento por un nuevo material más adecuado. Tras una revisión de materiales, se seleccionaron diversas siliconas como posibles candidatas, las cuales fueron sometidas a ensayos de tracción para evaluar su comportamiento mecánico. Se compararon sus módulos elásticos con el máximo módulo elástico de la arteria aorta, siguiendo el método propuesto. La silicona que mostró las propiedades más cercanas a las de la arteria aorta fue seleccionada como el nuevo material para la fabricación del modelo cardiovascular. Además, para validar el diseño del simulador, se inyectaron moldes previamente diseñados en CAD (Fusion 360) e impresos en 3D de las tres piezas que conforman el modelo cardiovascular. Posteriormente, estas piezas fueron ensambladas y el simulador final fue utilizado en un curso práctico de operación TAVI. Los resultados obtenidos durante el curso confirmaron la validez del diseño, la mejora en la similitud biomecánica del modelo, y su transparencia, lo que supone una mejora significativa respecto a la primera versión del simulador.

The present work focuses on the design and fabrication of a simulator for medical training in Transcatheter Aortic Valve Replacement (TAVI). One of the main objectives is for the cardiovascular model to be geometrically equivalent to its biological counterpart and for its mechanical properties to closely resemble the biomechanical properties of the aortic artery. Additionally, the model aims to be transparent to allow visualization of the surgical material's movement within during training courses. To improve the previous version of the simulator, the replacement of the manufacturing material was proposed, substituting the photosensitive resin used so far with a more suitable new material. After a material review, various silicones were selected as potential candidates and subjected to tensile tests to evaluate their mechanical behaviour. Their elastic moduli were compared with the maximum elastic modulus of the aortic artery, following the proposed method. The silicone that exhibited properties closest to those of the aortic artery was selected as the new material for the fabrication of the cardiovascular model. Furthermore, to validate the design of the simulator, moulds previously designed in CAD (Fusion 360) and 3D printed for the three pieces that make up the cardiovascular model were injected. These pieces were then assembled, and the final simulator was used in a practical TAVI operation course. The results obtained during the course confirmed the validity of the design, the improvement in the model's biomechanical similarity, and its transparency, representing a significant improvement over the first version of the simulator