Эффект Допплера и его применение

Effekt DoppleraЭффект Допплера- это изменение частоты волны вследствие движения источника волны или наблюдателя. Это касается всех видов волн, в том числе ультразвуковых. А происходит это потому, что в результате движения источник волны ее растягивает или сжимает, или наблюдатель встречает волну быстрее или медленнее.

В медицине эффект Допплера нашел свое применение в ультразвуковой диагностике. Данный принцип использует, например, ультразвуковой сканер medison - современный аппарат с цветным допплером. Для излучения и приема УЗ луча (источник волны и наблюдатель) используют кристаллы (преимущественно два, расположенных друг к другу и встроенные в один датчик).

К излучающему кристаллу подводят непрерывный циклический электрический сигнал, и вследствие этого генерируется соответствующий ультразвуковой луч с непрерывной волной. Когда ультразвук рассеивается или отражается от подвижной структуры внутри тела, в его частоте происходит допплеровское смещение, и он возвращается к принимающему кристаллу с другой частотой.

Кристалл получает также ультразвук, который отражается от статических поверхностей внутри тела, но в этих ультразвуковых волнах не происходит допплеровского смещения частоты. После получения отраженного ультразвука доплеровское устройство разграничивает сигналы от статических и подвижных структур благодаря их разной частоте.

Движение рефлектора в направлении датчика вызывает увеличение частоты отраженного ультразвука, тогда как движение от датчика - уменьшение частоты. Электронная система аппарата определяет, отраженный ультразвук имеет высшую или низкую частоту от излученного, а затем получают информацию о направлении движения исследуемого объекта относительно датчика.

На практике есть много клеток крови, которые отражают ультразвук, их скорость разная. Поэтому ультразвуковые сигналы, которые вернулись к детектору от различных клеток крови, имеют неодинаковые допплеровские смещения. Они суммируются и дают комплексный сигнал, содержащий диапазон частот. Допплеровские смещение частот выделяются из полученного комплексного сигнала, после этого их можно посылать к громкоговорителю. Это позволяет интерпретировать их путем прослушивания.

Высокочастотные компоненты звука, который прослушивается, соответствуют высоким скоростям, тогда как низкочастотные компоненты - низким скоростям. Сильные сигналы, то есть с громким звучанием, соответствуют сильным сигналам, в которых произошло допплеровское смещение. Сильные сигналы могут быть следствием отражения ультразвука от многих клеток крови, например, в большом сосуде, или эхо от подвижной ткани.