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BIOFÍSICA MÉDICA
BIOFÍSICA DE LA AUDICIÓN
Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo
ONDAS SONORAS


Son aquellas capaces de impresionar el nervio
auditivo y dar en el cerebro la sensación acústica.
Son de tres tipos: infrasónicas, audibles y ultrasónicas
Ondas infrasónicas
0 Hz
20 Hz
Ondas audibles
Ondas ultrasónicas
2 x 104 Hz
6 x 108 Hz
ONDAS SONORAS
Bocina
compresión
Rarefacciones
Presión
A
Distancia
-A
Longitud de onda
P = A cos t
CUALIDADES DEL SONIDO
1.
TONO O ALTURA es la apreciación
sicofisiológica de la frecuencia de un sonido
f2
 2x
f1
donde x es el intervalo entre octavas.
CUALIDADES DEL SONIDO
2. CALIDAD O TIMBRE es la sensación percibida al
escuchar una mezcla de frecuencias relacionadas
entre sí:
f0 = frecuencia fundamental
2f0 = frecuencia del segundo armónico
3f0 = frecuencia del tercer armónico
…………………………..
nf0 = frecuencia del n-ésimo armónico
CUALIDADES DEL SONIDO
3. INTENSIDAD DEL SONIDO es la cantidad de
energía transmitida por segundo a través de la unidad
de superficie perpendicular a la trayectoria de la onda
A ef2
A2
I

2 v v
donde Aef  A /
2
y ρv = Z es la impedancia acústica
IMPEDANCIA ACÚSTICA DE
TEJIDOS BIOLÓGICOS
v(m/s)
ρ(Kg/m3)
Z(N-s/m3)
Grasa
1400
970
1,36x106
Músculo
1568
1040
1,63x106
Cerebro
1530
1020
1,56x106
Hueso compacto
3600
1700
6,12x106
Aire
344
1,21
415
MEDIO
 I
 I0
  10 Log 



ESCALA DECIBÉLICA

Es una escala logarítmica que se usa debido al gran intervalo
de intensidades audibles
 I
  10 Log  
 I0 
donde I0 = intensidad de sonido audible más débil (10-16
Watt/cm2) e I la intensidad de la onda en estudio. La
intensidad audible máxima es 10-4 Watt/cm2
ESCALA DECIBÉLICA
SONORIDAD



Es una sensación subjetiva y la tarea de la sicofísica es
tratar de relacionar la sonoridad con la intensidad.
La unida de sonoridad es el fon que es el equivalente
subjetivo del decibel.
La relación de sonoridad L de un sonido con el nivel de
sonoridad P en fones es
L2
de donde

(P/10) 4
LogL  0,03(P  40)
40 fones es igual a la unidad de sonoridad,
denominada son.
CAMPO DE LA SENSACIÓN
AUDITIVA

Esta
constituido
por el umbral de la
intensidad sonora,
el umbral de la
sensación dolorosa
y los límites de
frecuencia que el
oído alcanza a
percibir.
CAMPO DE LA SENSACIÓN
AUDITIVA
EFECTO DOPPLER
EFECTO DOPPLER
Fuente fija
con respecto
al
observador:
la
frecuencia
de la fuente
y la
frecuencia
observada
coinciden
Fuente en
movimiento: la
frecuencia de la
fuente es menor
que la
observada por
el observador
del cual se aleja
y mayor que la
observada por
el observador al
cual se dirige.
EFECTO DOPPLER
1. Cuando se mueve la fuente sonora
f
f´ 
1  v/v s
Usándose el signo positivo (+) o negativo (-) según
el movimiento relativo de la fuente sea de
alejamiento o de aproximación respectivamente.
2.
Cuando se mueve el observador
f´  f(1  v/v s )
Usándose el signo positivo (+) o negativo (-) según
el movimiento relativo de la fuente sea de
aproximación o alejamiento respectivamente.
APLICACIONES DEL EFECTO
DOPPLER
1. Para medir el flujo sanguíneo
Transductor
Superficie corporal
θ
v
Vaso sanguíneo
APLICACIONES DEL EFECTO
DOPPLER
2. Para detectar el movimiento del corazón de un
feto.
APLICACIONES DEL EFECTO
DOPPLER
3. Para ubicar el punto de entrada del cordón
umbilical en la placenta
EL OIDO HUMANO
MECANISMO DE LA AUDICIÓN
OIDO EXTERNO
Frecuencia fundamental
f0 = v/4L = (330 m/s)/4(2,7x10-2 m)
f0 = 3000 Hz
Primer sobretono o segundo armónico
f = 3v/4L = 9000 Hz
MECANISMO DE LA AUDICIÓN


OIDO MEDIO
El área de la membrana timpánica
es 65 mm2 de la cual 50 mm2 está
en contacto con el martillo.
La fuerza sobre el martillo es
Fmar = 50 Ptim

La ventaja mecánica de la palanca
de los huesecillos es 1,3
significando que
Fest = 1,3 Fmar
MECANISMO DE LA AUDICIÓN
OIDO MEDIO

La Presión en el tímpano es
Ptim = Fmar/50 = Fest/65


El estribo está en contacto con la ventana oval sobre
un área de 3 mm2.
La presión sobre la ventana oval es
Poval/ Ptim = (Fest/3)/(Fest/65) ≈ 22
PLANOS DEL CUERPO
MECANISMO DE LA AUDICIÓN
OIDO INTERNO
MOLESTIAS CAUSADAS POR LA
PRESION ATMOSFÉRICA
O. Medio
O. Externo
Patm
Pi
M. Timpánica
Ascenso
O. Medio
O. Externo
Patm
Pi
M. Timpánica
Descenso
EFECTOS BIOLÓGICOS Y APLICACIONES
MÉDICAS DE ULTRASONIDOS
EFECTOS MECÁNICOS descritos como micro
masaje o masaje celular. Es capaz de separar las
fibras de colágeno y variar la tensión de los
tendones permitiendo mayor excitabilidad.
2. EFECTOS TÉRMICOS. Los efectos térmicos de los
ultrasonidos que atraviesan los tejidos se denomina
diatermia ultrasónica.
3.
AUMENTO
DE
LA
PERMEABILIDAD
CELULAR. Aumenta la permeabilidad celular,
acelera los procesos osmóticos y el metabolismo de
la célula.
1.
EFECTOS BIOLÓGICOS Y APLICACIONES
MÉDICAS DE ULTRASONIDOS
4. DIAGNÓSTICO POR ULTRASONIDO: Detecta lesiones
cerebrales
EFECTOS BIOLÓGICOS Y APLICACIONES
MÉDICAS DE ULTRASONIDOS
5. DIAGNÓSTICO POR ULTRASONIDO: Explorar el
útero durante el embarazo
EFECTOS BIOLÓGICOS Y APLICACIONES
MÉDICAS DE ULTRASONIDOS
6. EFECTOS DESTRUCTIVOS DE LOS


ULTRASONIDOS:
Produce cavitación en líquidos y tejidos
Produce ruptura mecánica de células
BIOFÍSICA MÉDICA
BIOFÍSICA DE LA VISIÓN
Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo
ANATOMÍA DEL OJO
EL OJO COMO SISTEMA ÓPTICO



1.
La córnea y humor acuoso: Lente cóncavo-convexa
El cristalino: Lente biconvexa
Humor vítreo: Lente cóncavo-convexa
Las potencias de las caras exterior e interior de la
córnea son
n2  n1 1,377  1
D1 

 48 dioptrías
R1
0,0078
n3  n2 1,337  1,377
D2 

 6 dioptrías
R2
0,0065
EL OJO COMO SISTEMA ÓPTICO

Como estas superficies son muy próximas, su
potencia es
Dc = D1 + D2 = 42 dioptrías
2. El cristalino es una lente biconvexa de 11 mm de
diámetro y 4 mm de espesor. El radio de la cara
posterior es 6 mm y la anterior de 10 mm. El índice
de refracción promedio es 1,42 y la potencia de esta
lente es
Dcris = 20 dioptrías
EL OJO COMO SISTEMA ÓPTICO
3. La potencia total del ojo es D = 60 dioptrías
debido a que los cuatro dioptrios no están juntos
EL OJO COMO SISTEMA ÓPTICO
4. Los focos del sistema óptico centrado del ojo son:
5. El iris hace el papel de diafragma con una abertura de
diámetro variable de 2 a 8 mm; permite graduar la
entrada de la luz.
6. La retina es una membrana sobre la cual se forma la
imagen del objeto observado.
ELEMENTOS ÓPTICOS DEL OJO
TABLA 1.- Distancias de los diferentes elementos
ópticos del ojo a la superficie anterior de la córnea
Primer plano principal
1,70 mm
Segundo plano principal
2,00 mm
Primer punto nodal
7,00 mm
Segundo punto nodal
7,30 mm
Foco posterior
24,10 mm
Foco anterior
15,70 mm
OJO REDUCIDO
Es una cámara limitada por una superficie esférica anterior de 6 mm de
radio y por la superficie de la retina, situada a 17 mm por detrás del
punto nodal, lleno con un medio de 1,337 de índice de refracción
FORMACIÓN DE LA IMAGEN EN LA
RETINA
FORMACIÓN DE LA IMAGEN EN LA
RETINA
I. El mismo objeto produce diferente imagen en la retina
cuando se coloca a diferentes distancias del ojo.
II. Diferentes objetos producen igual imagen en la retina
cuando se colocan a diferentes distancias del ojo.
INVERSIÓN DE LA IMAGEN POR EL
CEREBRO
El cerebro debe poner "derecha" la imagen que se forma "invertida"
en la retina (arriba es abajo, derecha es izquierda). Utiliza para ello
el centro visual situado en el hemisferio izquierdo del cerebro y en
su zona posterior.
CENTRO VIRTUAL DEL CEREBRO
ACOMODACIÓN


Proceso mediante el
cual el ojo se ajusta y
enfoca
para
ver
objetos cercanos a él.
El cristalino avanza
su
cara
anterior
aumentando
la
curvatura
como
consecuencia de la
contracción
del
músculo ciliar.
PUNTO REMOTO Y PUNTO PRÓXIMO



PUNTO REMOTO es el punto más cercano que el ojo
puede ver sin poner en juego su mecanismo de
acomodación; normalmente se encuentra a unos 6 m
del ojo.
PUNTO PRÓXIMO es el punto más cercano que el
ojo puede ver poniendo en juego su mecanismo de
acomodación; normalmente se encuentra a 25 cm del
ojo.
POTENCIA DE ACOMODACIÓN es A = Pp – Pr
donde Pp y Pr son las distancias en dioptrías de R y P
respectivamente.
AMETROPÍAS
ESFÉRICAS:
1. Miopía
2. Hipermetropía
3. Presbicia
 CILÍNDRICA:
1. Astigmatismo

OJO MIOPE



El diámetro antero posterior es mayor que el normal.
La imagen del punto remoto se forma delante de la retina
(real).
Se corrige con una lente divergente colocando el foco en
el punto remoto del ojo
OJO MIOPE


La potencia depende del grado de ametropía y de la
distancia entre la lente y el CO del ojo: f = Pr – d
La imagen del objeto con el ojo corregido es más
pequeña que la imagen del objeto con el ojo sin
corregir.
OJO HIPERMÉTROPE



El diámetro antero posterior del ojo es menor que el
normal.
La imagen de un objeto alejado se forma detrás de la
retina (virtual).
Se corrige con una lente convergente con el foco en el
punto remoto del ojo.
OJO HIPERMÉTROPE


La potencia depende del grado de ametropía y de la
distancia de la lente al CO del ojo f = Pr + d
La imagen obtenida con el ojo corregido es de mayor
tamaño que con el ojo sin corregir.
OJO PRESBITA



La presbicia tiene su origen en la falta de acomodación del ojo
no permitiendo la visión clara de los objetos próximos pero
conservando bien la visión de los objetos lejanos.
La presbicia es un mal de los ancianos y se corrige con lentes
convergentes.
En la pubertad el poder de acomodación es de 13 a 14
dioptrías el cual baja a medida que el organismo envejece.
OJO PRESBITA

En la pubertad el
poder
de
acomodación es de 13
a 14 dioptrías el cual
baja a medida que el
organismo envejece.

La presbicia aparece
cuando el poder de
acomodación del ojo
se reduce a 3 o 4
diotrías
OJO ASTIGMÁTICO
Trastorno
de
refracción del sistema
de lentes del ojo
producido por la
forma irregular de la
córnea y raramente
por la forma irregular
del cristalino
OJO ASTIGMÁTICO
AGUDEZA VISUAL Y TAMAÑO
DE LA IMAGÉN EN LA RETINA

La agudeza visual equivale a la percepción correcta
del contorno y detalles del objeto observado. Esto se
logra orientando el ojo de manera que la imagen se
forme en la fóvea.
Cualitativamente la agudeza visual se determina con
la fórmula
a visual 
Agudeza

k
Agudezavisual 
ángulo mínimo de resolución
AGUDEZA VISUAL Y TAMAÑO
DE LA IMAGÉN EN LA RETINA



El ángulo mínimo de resolución es aquel con el que
se pueden ver dos líneas paralelas sin que aparezca
como una sola. El ángulo mínimo de resolución
registrado ha sido de 44 segundos de arco
El valor de k se toma como un arco de un minuto.
La mínima distancia que separa en la retina dos
puntos es de 4,4 μm. Como el diámetro de los conos
en la fóvea es de 3 μm se puede afirmar que las
imágenes A´ y B´ de los puntos A y B distan entre sí
5 μm, estimulando dos conos, separados por un cono
intermedio no estimulado.
AGUDEZA VISUAL Y TAMAÑO
DE LA IMAGÉN EN LA RETINA
AGUDEZA VISUAL Y TAMAÑO
DE LA IMAGÉN EN LA RETINA


La línea llena representa
la agudeza visual (AG)
para la fóvea, en visión
diurna, y para diferentes
lugares de la retina que se
lleva a cabo con los
conos.
La línea de puntos indica
la AG para la visión
nocturna que se lleva a
cabo con los bastones.
AGUDEZA VISUAL Y TAMAÑO
DE LA IMAGÉN EN LA RETINA
La
AG
se
mide
generalmente con un cartón
de ensayo, en el que existe
un número de letras
diseñadas de manera que el
ancho de las bandas de que
están
hechas
permiten
diferenciar estas letras de
otras que forman un ángulo
de un minuto, cuando las
letras se ven de 6 m de
distancia.
CAMPO VISUAL


Es el ángulo sólido con vértice en la pupila que
contiene todos los puntos del espacio visible con el
ojo en una posición fija.
El campo visual del ojo normal se extiende unos
150º en el meridiano horizontal y unos 125º en el
meridiano vertical, quedando dividido por una línea
vertical que pasa por el punto de fijación en dos
mitades, una externa o temporal y otra interna o
nasal.
CAMPO VISUAL


El campo visual se proyecta
invertido sobre la retina.
Teóricamente el campo visual
debería ser circular pero la
configuración anatómica de la
cara lo limitan en su parte
periférica. Solo la mitad externa
del meridiano se extiende hasta
90º del círculo, la mitad interna
de dicho meridiano se extiende
hasta 60º. En el meridiano
vertical: hacia arriba hasta 55º y
hacia abajo hasta 70º.
CAMPO VISUAL

El campo visual se
representa en diagramas
que
constituyen
la
proyección
de
un
casquete, en la misma
forma como se proyecta
un hemisferio terrestre
para representar un
mapa de los círculos
polares.
CAMPO VISUAL
A. Campo visual de
ojo izquierdo.
B. Campo visual de
ojo derecho
C. Área de
intersección de
ambos campos
VISIÓN BINOCULAR
VISIÓN BINOCULAR

El ángulo de convergencia de una persona que enfoca
sus dos ojos a un objeto es
d
  tan  
2p
donde d es la separación entre ojos y p la distancia al
objeto.
 La convergencia es inversamente proporcional a la
distancia, y se mide en ángulos métricos, definidos
como 1/p, con p dado en metros.
VISIÓN BINOCULAR
Para que tenga lugar la fusión de las dos
imágenes es necesario que sean del mismo
tamaño y caigan en puntos correspondientes
de la retina.
 La convergencia sirve para que las dos
imágenes caigan sobre la fóvea, rica en conos.
 Si los ojos convergen sobre un punto M, sus
imágenes caen sobre puntos correspondientes.

VISIÓN BINOCULAR

La visión binocular presenta
las siguientes ventajas:
1. Los defectos ópticos de
un ojo son compensados en
parte por el otro ojo.
2. La suma de los campos
visuales de ambos ojos es
mayor que cada campo
visual por separado.
3. Da la percepción de
profundidad en la visión
estereoscópica.
SUBSTRATO FÍSICO DE LA
VISIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
Globos Oculares
Nervio óptico
Quiasma óptico
Tracto óptico
Ganglio geniculado
lateral
6. Radiación óptica
7. Corteza visual primaria
8. Campo visual del ojo
derecho
9. Campo visual del ojo
izquierdo
10.Campo binocular
GRACIAS POR SU ATENCIÓN