Эффект доплера в медицине

Эффект Допплера в медицине

Эффект Допплера – это физическое явление, при котором отмечается изменение частоты волны при движении испускающего ее источника относительно фиксирующего устройства. Под «волнами» именно в медицине понимаются звуковые колебания высокой частоты, неслышимые уху – ультразвук.

Что такое эффект Допплера

Звук в неподвижной среде (воздухе и в воде) распространяется с какой-то определенной скоростью. Если же в этой среде будет происходить какое-то движение ее слоев или примесей, свойства ультразвука будут меняться. Для лучшего понимания проведем аналогию с включенной на машине сиреной. Пока машина стоит на месте, мы слышим одинаковый звук.

Если же она поедет, то на каждом маленьком участке пути звуку нужно будет пройти разное расстояние до нас, из-за этого он будет иметь разную высоту. Так, при направлении движения к вам, пики звука будут достигать уха чаще, сам звук будет ощущаться выше. Если же машина будет двигаться обратно, пиковые скорости волн будут доходить до уха несколько реже, следовательно, звучать сама сирена будет лично для вас ниже.

В медицине на эффекте Допплера работает ультразвук. Он, попадая на плывущие в артерии или вене эритроциты, будет посылать из каждого участка сосуда отраженный звук разной частоты. Сигнал, преобразуясь, будет давать исследователю информацию о таких параметрах:

скорости кровотока
анатомии сосуда
его деформациях
состоянии стенки сосуда
характере кровотока: ламинарный, турбулентный
наличии тромба или бляшки внутри сосуда
степени проходимости сосуда.

С помощью допплера можно исследовать состояние кровотока почти во всех поверхностных и глубоких сосудах. Также эффект используется для осмотра и диагностики состояния сердца. С его помощью делается вывод о том, достаточно ли поступает кислорода к ребенку еще до его рождения (доплер для беременных).

Гипоэхогенное образование - это страшно?

Когда назначается исследование

Показания к допплерометрии отличатся в зависимости от того, какие жалобы предъявляет пациент.

Так, допплерография сосудов головы и шеи проводится при появлении признаков нарушения кровоснабжения мозга (обмороки, головокружения, шаткость походки, изменения слуха, зрения, обоняния).

Ультразвуковое исследование сосудов почек показано при появлении высоких цифр артериального давления, при обнаружении в крови повышенных уровней мочевины и креатинина.

Допплерометрия плода проводится при отягощенном акушерском анамнезе, определении с помощью УЗИ пороков развития, патологии плаценты, матки, околоплодных вод, некоторых хронических заболеваниях беременной женщины.

Как подготовиться к процедуре

Подготовка зависит от того, сосуды какой локализации вам нужно осмотреть с помощью ультразвуковой допплерометрии.

Без каких-либо предварительных манипуляций, но натощак проводятся:

допплер верхних и нижних конечностей
исследование характеристик сосудов щитовидной, молочной желез
допплерография плода
доплер головного мозга
определение характеристик работы сердца.

Исследование артерий и вен, кровоснабжающих органы брюшной полости, органов малого таза, забрюшинного пространства проводится:

после соблюдения человеком специальной диеты
натощак
в некоторых случаях необходимо предварительное наполнение мочевого пузыря.

Методика проведения

Как делают обследование, зависит от локализации изучаемых артерий и вен. Методика проведения не отличается от обычного УЗИ, не приносит боли или дискомфорта, не требует предварительного прокола кожи.

Для этого исследования человеку необходимо освободить от одежды определенный участок тела, лечь или сесть особым образом, о котором ему расскажет медперсонал. Провести анализ характеристик кровотока можно как с помощью абдоминального (поверхностного) датчика, так и при использовании полостных (ректального, вагинального) трансдьюсеров.

Как проводится анализ

Расшифровка данных допплерографии включает:

Аудиоанализ, то есть оценка звуковых характеристик кровотока в каждой артерии или вене: для каждого из участков сосудов есть своя норма звучания.
Качественную оценку графиков скоростей кровотока. В зависимости от того, какой это сосуд – артерия или вена, периферическая или магистральная, график движения крови по нему будет отличаться пиками, которые имеет свои характеристики.
Количественный анализ, когда характеристики кровотока выражаются в определенных цифрах. В этом случае сравниваются с нормой такие показатели:
- максимальная скорость кровотока
- средняя скорость течения крови в сосуде
- максимальная скорость обратного кровотока
- пульсационный индекс
- резистивный индекс
- отношение систоло-диастолическое
- время ускорения.

Какие опасности несет изоэхогенное образование

Где пройти процедуру

Вы можете взять направление у врача, который назначил вам данное исследование, на прохождение ее в условиях государственного учреждения. Тогда стоимость процедуры будет гораздо ниже.

Также допплерогорафию любого органа можно пройти в специализированной клинике, которая занимается диагностикой и лечением патологий только определенных систем (например, урологическая или флебологическая клиники). Многопрофильные центры также занимаются проведением практически любого вида допплерографии. Цена в таких центрах выше, зависит от локализации изучаемых сосудов.

Что говорят о процедуре пациенты

Отзывы свидетельствуют, что процедура является очень информативной, но и не лишенной субъективной оценки врача, проводящего исследование. Поэтому расшифровку должен проводить врач-клиницист, который будет учитывать не только цифры, спектральные и графические характеристики кровотока в сосудах, но и симптомы, обнаруженные у пациента.

Таким образом, эффект Допплера широко используется в медицине для оценки характеристик кровотока в сосудах практически любой локализации. Подготовка и проведение исследования не отличается от того, которое применяется при стандартном ультразвуковом обследовании тех же органов.

Поделитесь информацией с друзьями:

ВНИМАНИЕ! Информация на сайте является справочной или популярной, носит лишь ознакомительный характер. Правильное лечение и назначение лекарственных средств может проводиться только квалифицированным специалистом с учетом проведенной диагностики и истории болезни.

Удачной диагностики и лечения, здоровья и прекрасного самочувствия! Ваш uzilab.ru.

29.04.2015 УзиЛаб

На чем основан эффект Доплера

Эффектом Доплера называется изменение длины и частоты волн относительно регистрирующего устройства. Как правило, волны вызваны определенным источником или же самим устройством, регистрирующим их изменение. В случае, когда источник, создающий волны, осуществляет передвижение относительно среды, то длина волны, правильнее точное расстояние между ее гребнями, напрямую зависит от направления и скорости его передвижения. Например, когда источник излучаемых волн передвигается к измеряющему устройству, то волны уменьшаются, а если источник удаляется – общая длина волны резко увеличивается.

Большое количество проведенных исследований подтверждает, что сущность эффекта Доплера, который используется в медицинской практике, можно свести к следующему:

Любые ультразвуковые колебания, которые генерируются пьезоэлементами со строго установленной частотой, передвигаются в исследуемом объекте в качестве упругой волны.
Достигая границ между двумя конкретными средами, которые имеют характерное акустическое сопротивление, часть используемой энергии переходит непосредственно во вторую среду, а вторая часть четко отражается от границы, разделяющей обе среды.
Частота колебательных движений, которые отражаются от неподвижных объектов, приравнивается к частоте, которая отмечалась в генерируемом ультразвуковом импульсе. Когда объект осуществляет передвижение с конкретно заданной скоростью в сторону самого источника, издающего ультразвуковые импульсы, вся его отражающая поверхность плотно соприкасается с самим импульсом, в отличие от неподвижного состояния объекта. Вследствие этого точная частота всех отраженных колебательных движений значительно превышает излучаемую частоту генерируемого импульса. И наоборот, в момент движения отражающих объектов, точнее их поверхностей в противоположную сторону от источника излучения, общая частота отражаемых колебаний становится намного меньше импульсов, которые излучает объект.

Разница, которая определяется между частотами у генерируемых объектов и их импульсов, и называется именно доплеровским сдвигом. Сам допплеровский сдвиг обладает конкретными положительными значениями в момент передвижения объекта в сторону источника, излучающего ультразвуковые колебания, и отрицательными значениями, когда источник двигается от него.

Кристиан Доплер сформулировал свою теорию благодаря наблюдению за кругами на воде.

Эффект Доплера характерен абсолютно для любых волн – звуковых, световых и прочих. Организм человека большей частью состоит из воды, поэтому в медицинской практике эффект Доплера чаще всего используется для максимально точного измерения скорости, с которой двигается кровь. Стоит отметить, что в качестве отражающих элементов на момент измерения выступают эритроциты.

Эффект Доплера в медицинской практике

Эффект Доплера повсеместно используется в акушерской практике (доплер для беременных), потому что звуки, излучаемые маткой, очень легко уловить и зарегистрировать.

В первом триместре беременности излучаемый звук легко проходит сквозь мочевой пузырь.
На больших сроках вынашивания ребенка матка сама служит отличным проводником, так как полностью заполнена жидкостью. Например, точное положение плаценты определяется по улавливаемым звукам, которые создает кровь, протекая через плаценту.
Спустя 10 акушерских недель, после завершения формирования плода, можно прослушать его сердцебиение.
Благодаря ультразвуковому оборудованию, доктор может с максимальной точностью определить количество зародышей или же констатировать внутриутробную гибель плода.
Допплерометрию плода проводят при отягощенном акушерском анамнезе.

В процессе исследования кровотока аппарат фиксирует все полученные данные, отмечая изменения частот ультразвукового сигнала в момент отражения передвигающихся частиц крови, основную массу которой составляют именно эритроциты. На подобном принципе и обоснована вся диагностика полученных показателей движения крови, абсолютно в любом сосуде человеческого организма. Это важно для своевременной диагностики различных патологий сердечно-сосудистой системы и не только. Этот метод позволяет своевременно выявить недуг и назначить соответствующее лечение.

Чтобы зарегистрировать эффект Доплера, используется ультразвук, который направлен на исследуемый объект. Достигнув исследуемого объекта, ультразвук отражается от эритроцитов и полностью изменяет свою частоту. Это в конечном результате и позволяет получить всю необходимую информацию о скорости, с которой двигается кровь в обследуемом участке.

Также измеряется не только лишь скорость крови, но и ее направление, точный объем передвигаемой массы и, исходя из всех полученных данных в совокупности, исследуется состояние сосудов. Определяется наличие закупорки, тромбозов и прочих отклонений, например допплерография сосудов головы и шеи. Это исследование позволяет сделать полную оценку состояния коллатерального кровообращения.

Трение внутри кровяного потока обусловлено точным распределением скорости жидкости в здоровых сосудах таким образом, что скорость в области пристеночных сосудов равна нулю, а в области оси достигает максимального уровня. Учитывая это и оценив полученные данные, доктор ставит свое заключение о состоянии здоровья того или иного органа.

Ультразвук, который применяется в медицинской практике, можно условно разделить на ультразвук низких и высоких частот.

Основной задачей ультразвука низких частот является простая стимуляция и ускорение всех физиологических процессов и реакций в момент проведения лечения на поврежденных участках органа.
У ультразвука высоких частот основной целью является возможность вызвать управляемое разрушение некоторых частиц в конкретных тканях.

В первом случае все направление заключено в использовании ультразвука для физиотерапии и при терапевтических процедурах при раке, во втором случае – весь процесс направлен на ультразвуковую хирургию.

Что такое допплерография

Понятие допплерография подразумевает под собой конкретную методику ультразвуковых исследований, которые основаны непосредственно на результатах использования эффекта Доплера. Вся сущность данного эффекта заключается в том, что от всех движущихся объектов излучаемые ультразвуковые волны отражаются уже с измененной частотой.

Данный сдвиг частот полностью пропорционален точной скорости передвижения исследуемой структуры. Когда все движение происходит по направлению к самому датчику, тогда частота увеличивается, а когда в противоположном направлении – уменьшается.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...

25. Эффект Доплера и его использование в медико-биологических исследованиях

Эффектом Доплера называется изменение частоты волн, регистрируемой приемником, которое происходит вследствие движения источника этих волн и приемника. Например, при приближении к неподвижному наблюдателю быстро двигающегося поезда тон звукового сигнала последнего выше, а при удалении поезда – ниже тона сигнала, подаваемого тем же поездом, когда он стоит на станции.Эффект Доплера можно использовать для определения скорости движения тела в среде. Для медицины это имеет особое значение. Например, рассмотрим такой случай. Генератор ультразвука совмещен с приемником в виде некоторой технической системы.

Техническая система неподвижна относительно среды.

В среде со скоростью v0 движется объект (тело). Генератор излучает ультразвук с частотой v1. Движущимся объектом воспринимается частота v1, которая может быть найдена по формуле:

где

v – скорость распространения механической волны (ультразвука).

Эффект Доплера используется для определения скорости кровотока, скорости движения клапанов и стенок сердца (доплеровская эхокардиография) и других органов; потока энергии волн. Волновой процесс связан с распространением энергии. Количественной характеристикой от энергии является поток энергии.

Поток энергии волн равен отношению энергии, переносимой волнами через некоторую повеРХность, к времени, в течение которого эта энергия перенесена:

Единицей потока энергии волн является ватт (Вт).

Поток энергии волн, отнесенный к площади, ориентированной перпендикулярно направлению распространения волн, называют плотностью потока энергии волн, или интенсивностью волн.

28. Биологические мембраны, их структура и функции. Модели мембран.

Мембраны представляют собой плоские или изогнутые слои толщиной до 9 нм, образованные молекулами белков, жиров (липидов) и углеводов. Мембраны – это клеточные структуры, повсеместно встречающиеся в живых клетках и регулирующие обмен между клеткой и внешней средой (клеточные или плазматические мембраны), либо между различными частями клетки (внутриклеточные мембраны).

Основу мембраны образует двойной слой липидов. В этот слой встроены белковые молекулы, придающие специфические свойства различным участкам мембран, и тем самым, позволяющие последним принимать участие в разнообразных метаболитических процессах.

Молекулы липидов упакованы в слой так, что гидрофобные части (жировые хвосты) этих молекул отделены от воды, в то время как гидрофильные части (полярные головки) погружены в неё.

Двойной слой липидов как бы образует своеобразную двумерную жидкость с вязкостью, близкой к вязкости жидкого масла, поэтому молекулы липидов и белков легко перемещаются в плоскости слоя (латеральная диффузия).

При некоторых условиях (понижение температуры) в мембранах могут происходить процессы, сопровождающиеся изменением ориентации полярных головок и (или) затвердеванием углеводных хвостов липидов, что приводит к изменению функциональных свойств мембраны.

Наиболее распространенной является жидкомозаичная модель мембраны: в липидном слое плавают более или менее погруженные белки.

Мембраны выполняют две важнейшие функции:

- матричную (являются матрицей, основой для удерживания белков, выполняющих различные функции);

- барьерную (защищают клетку и отдельные ее части от проникновения нежелательных частиц).

25) Эффект Доплера и его использование в медико-биологических исследованиях.

Эффектом Доплера называют изменение частоты волн, воспринимаемых наблюдателем, вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя.

При одновременном сближении источника волн и наблюдателя воспринимается частота

(9)

При одновременном удалении источника волн и наблюдателя воспринимается частота

(10)

где v– скорость распространения УЗ волны,vн-скорость наблюдателя,vи-скорость источника,νи-частота излучения источника,νв-частота воспринимаемых волн.

На кровеносный сосуд (рис.7) направляется ультразвук с частотой , а затем приемником регистрируется отраженный от движущихся эритроцитов крови сигнал частоты .

Специальное устройство сравнения находит разность частот (доплеровский сдвиг частоты):

(11)

где υ-cкорость УЗ-волны.

Эта разность оказывается пропорциональной скорости эритроцита , примерно равной скорости движения крови в сосуде. При этом можно оценить величину скорости и определить ее направление.

На экране дисплея компьютера одно из возможных направлений окрашивается в красныйцвет, а противоположное – всиний;интенсивность окраски указывает на величину скорости кровотока.

На основе ультразвукового эффекта Доплера можно также определить параметры движения клапанов и стенок сердца. Этот метод называется доплеровской эхокардиографией.

34) Полное и полезное увеличение микроскопа. Ход лучей в микроскопе. Апертурная дифрагма и апертурный угол.

Полезное увеличение микроскопа - увеличение, при котором предмет, имеющий размер, равный пределу разрешения микроскопа, имеет изображение, размер которого равен пределу разрешения глаза.

у глаза имеется собственный предел разрешения, обусловленный строением сетчатки. Для того чтобы глаз мог различить те же точки, которые разделяет микроскоп, необходимо увеличение Гп=Zг/Zм

Полезное увеличение микроскопа - это разумное сочетание разрешающих способностей и микроскопа, и глаза.

Необходимым элементом оптических систем, образующих изображение предметов, является оптическая диафрагма, которая представляет собой экран с отверстием. Оптическая диафрагма дает возможность регулировать световой поток попадающий в оптическую систему. Отверстие диафрагмы располагается так, что ее центр совпадает с главной осью оптической системы, а плоскость отверстия перпендикулярна оси.

Апертурной диафрагмой называется диафрагма, ограничивающая световой поток независимо от места ее расположения в оптической системе. Диафрагма способствует устранению аберраций и повышает резкость изображения, хотя при этом ограничивается количество световых лучей, попадающих в оптическую систему, т.е. уменьшается яркость изображения. Апертурный угол-это пространственный угол, ограничивающий конус световых лучей, попадающих в линзу. Апертурным углом также называют плоский угол при вершине этого конуса.