1.2 Сутність ефекту Доплера

Ефект Доплера - зміна частоти і довжини хвиль, що реєструються приймачем, викликана рухом її джерела та / або рухом приймача.

Якщо джерело хвиль рухається відносно середовища, то відстань між гребенями хвиль (довжина хвилі) залежить від швидкості і напряму руху. Якщо джерело рухається у напрямку до приймача, тобто наздоганяє випромінювані ним хвилі, то довжина хвилі зменшується. Якщо віддаляється - довжина хвилі збільшується.

Сутність ефекту Доплера, який застосовують у медичній практиці, зводиться до наступного. Ультразвукові коливання, що генеруються п'єзоелементами з певною заданою частотою, поширюються в досліджуваному об'єкті у вигляді пружних хвиль. По досягненні межі між 2 середовищами, що характеризуються різним акустичним опором, частина енергії переходить у інше середовище, а частина її відбивається від межі поділу середовищ. При цьому, частота коливань, відбитих від нерухомого об'єкта, дорівнює первісній частоті генерованих ультразвукових імпульсів.

Якщо об'єкт рухається з певною швидкістю у напрямку до джерела ультразвукових імпульсів, то його відбиваюча поверхня зіштовхується з ультразвуковими імпульсами частіше, ніж при нерухомому положенні об'єкта. У результаті цього частота відбитих коливань перевищує частоту генеруючих ультразвукових імпульсів. Напротивагу, у русі відбиваючою поверхні від джерела частота відбитих коливань стає менше порівняно із випускними імпульсами. Різниця між частотою генеруючих і відображальних імпульсів називається допплерівським зсувом. Він має позитивні значення при русі об'єкта у напрямку до джерела ультразвукових коливань і негативні - при русі від нього.

У медицині ефект Доплера зазвичай застосовується для вимірювання швидкості руху крові. Причому, відображальною поверхнею у цьому випадку є еритроцити.

1.3 Доплерівські методи і апарати, засновані на них

1.3.1 Основні етапи розвитку доплерівських методів

На першому етапі створення ультразвукових доплерівських приладів були розроблені найпростіші прилади із постійним випромінюванням і представленням інформації доплерівського зсуву у вигляді звукових сигналів через вбудований в прилад динамік. Надалі, вдосконалення елементної бази та нові методичні підходи менш ніж за два десятиліття дозволили досягти рівня технічних рішень, що в повній мірі відповідають функціональним завданням споживача (див. Табл. 1).

Таблиця 1

Основні досягнення в галузі створення ультразвукової допплерівської апаратури

Досягнення	Рік	Перші посилання (автор)
Опис ефекту Доплера	1842	Doppler
Перші повідомлення про застосування у медицині	1956	Satumora, Franklin
Доплерівські системи із виділенням направлень	1966	Pourcelot, McLeod, Gross, Light
Імпулбсні допплерівські системи	1967	Wells, Baker
Мультистробовані системи	1970-1975	Baker, Keller, Brandestini, Nowicki&Reid
Доплерівська візуалізація	1971	Mozersky, Reid&Spencer, Fish
Дуплексні ехо-імпульсні системи	1974	Barber, Phillips
Колірне доплерівське картування у режимі реального часу	1979-1982	Pourcelot, Eyeretal, Namekawa
Транскраніальнадоплерографія	1982	Aaslid
Енергетичний доплер, доплерівська тканинна візуалізація	1994	Arenson

 

Поява на початку 80-х років приладів з колірним картуванням потоків дозволило споживачеві успішно вирішувати завдання локалізації досліджуваної судини у напрямку і глибині, детектувати напрямок потоків за допомогою спеціальних світлових шкал, виробляти об'єктивну оцінку як інтегральних швидкостей потоків, так і розподілів в частотно-часовій області на основі спектрального аналізу, виконувати обчислення об'ємних показників швидкостей потоків в обраному розрізі судини.

На сьогоднішній день доплерівські методи стали невід'ємним елементом практично у всіх областях клінічного застосування ультразвукової діагностики.

Щодо України, перші серійні зразки найпростіших приладів із постійним випромінюванням «ІСКН» були створені наприкінці 70-х років. Потім з'явилися пристрої «Диск» з виділенням напрямків потоків та у найпростішій комп'ютерній обробці.

Науково-виробнича корпорація ВНДІ медичного приладобудування та французької фірми DMS вивела вітчизняні розробки на новий якісний рівень. Із 1989 року у межах ліцензійної угоди було освоєно виробництво приладів «Ангіодоп», створено оригінальне програмне забезпечення, освоєна технологія виробництва ультразвукових доплерівських датчиків.

Значно розширити функціональні можливості приладів і підвищити їх експлуатаційні характеристики дозволило активне застосування сучасних комп'ютерних технологій, передової електронної елементної бази, єдиних уніфікованих рішень. У 1992-1994 роках було розроблено сімейство приладів «Сономед», яке, на основі модульного принципу побудови, дозволило реалізувати повний спектр доплерівських приладів: від найпростіших (із постійним потоком) до приладів з візуалізацією потоків.

Вітчизняні спектральні аналізатори доплерівських сигналів за своїми функціональними можливостями стали порівнюватися із зарубіжними аналогами.

Передові технічні рішення були реалізовані в серії приладів «Біомед», які дозволили перейти у режим моніторингу при інтракраніальних обстеженнях, реалізували режим двоканальної візуалізації спектрів, розширили діапазон ультразвукових датчиків до 16 МГц, забезпечили можливість детектування емболів.

Для ефективного застосування апаратури необхідне знання основних принципів роботи доплерівського приладу, його режимів і функціональних можливостей.