Эффект Доплера и его использование в медицине.
Эффект Доплера – изменение частоты волн, воспринимаемых наблюдателем (приемником волн), вследствие относительного движения источника волн или наблюдателя. Наблюдается в акустике\оптике.
Его легко наблюдать на практике, когда мимо наблюдателя проезжает машина с включённой сиреной. Предположим, сирена выдаёт какой-то определённый тон, и он не меняется. Когда машина не движется относительно наблюдателя, тогда он слышит именно тот тон, который издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к наблюдателю, то частота звуковых волн увеличится (а длина уменьшится), и наблюдатель услышит более высокий тон, чем на самом деле издаёт сирена. В тот момент, когда машина будет проезжать мимо наблюдателя, тот услышит тот самый тон, который на самом деле издаёт сирена. А когда машина проедет дальше и будет уже отдаляться, а не приближаться, то наблюдатель услышит более низкий тон, вследствие меньшей частоты (и, соответственно, большей длины) звуковых волн.
Для волн (например, звука), распространяющихся в какой-либо среде, нужно принимать во внимание движение как источника, так и приёмника волн относительно этой среды. Для электромагнитных волн (например, света), для распространения которых не нужна никакая среда, имеет значение только относительное движение источника и приёмника.
Эффект был впервые описан Кристианом Доплером в 1842 году.
Эффект Доплера описывают формулой:
Где
- частота волны, воспринимаемая приемником,
– частота волны, испускаемая источником,
V
– скорость распространения волны в
среде,
и
– скорость движения приемника и источника
волн соответственно.
Верхние знаки “+” и “-” используют при взаимном сближении источника и приемника волн.
Нижние знаки “-” и “+” используют при удалении источника и приемника волн друг от друга.
Эффект Доплера используют в медицине для определения скорости кровотока (скорости движения частиц в среде), скорости движения клапанов и стенок средца (доплеровская эхокардиография) и других органов при помощи УЗ-волн.
Пусть
генератор ультразвука совмещен с
приемником в виде некоторой технической
системы. Техническая система неподвижна
относительно среды. В среде со скоростью
движется объект (тело). Генератор излучает
ультразвук с частотой
.
Движущимся объектом, как наблюдателем,
воспринимается частота
,
которая может быть найдена по формуле
Где – скорость распространения механической волны (ультразвука).
Ультразвуковая волна с частотой отражается движущимся объектом в сторону технической системы. Объектом являются клеточные элементы крови (эритроциты, лейкоциты, тромбоциты). Приемник воспринимает уже другую частоту (эффект Доплера), которую можно выразить, используя формулу:
Таким образом, разница частот равна
И называется доплеровским сдвигом.
В
медицинских приложениях скорость
ультразвука значительно больше скорости
движения объекта
.
Для этих случаев имеем:
Доплерография, доплерометрия – методы диагностики, основанные на эффекте Доплера.