Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
Кіровська Державна Медична Академія
Застосування ефекту Доплера в медицині
Виконала: студентка 1 курсу
Макарова Тетяна Ігорівна
Особливий інтерес в діагностиці викликає використання ефекту Доплера. Суть ефекту полягає в зміні частоти звуку внаслідок відносного руху джерела і приймача звуку. Коли звук відбивається від рухомого об'єкту, частота відбитого сигналу змінюється (відбувається зсув частоти). При накладенні первинних і відбитих сигналів виникають биття, які прослуховуються за допомогою навушників або гучномовця. В даний час на основі ефекту Доплера досліджені тільки рух крові і биття серця.
1. Ефект Доплера
Еффемкт Домплера-- зміна частоти і довжини хвиль, що реєструються приймачем, викликане рухом їх джерела і / або рухом приймача. Його легко спостерігати на практиці, коли повз спостерігача проїжджає машина з включеною сиреною. Припустимо, сирена видає якийсь певний тон, і він не змінюється. Коли машина не рухається відносно спостерігача, тоді він чує саме той тон, який видає сирена. Але якщо машина буде наближатися до спостерігача, то частота звукових хвиль збільшиться (а довжина зменшиться), і спостерігач почує вищий тон, ніж насправді видає сирена. У той момент, коли машина буде проїжджати повз спостерігача, він почує той самий тон, який насправді видає сирена. А коли машина проїде далі і буде вже віддалятися, а не наближатися, то спостерігач почує нижчий тон, внаслідок меншої частоти (і, відповідно, більшої довжини) звукових хвиль.
Для хвиль (наприклад, звуку), що розповсюджуються в якому-небудь середовищі, потрібно брати до уваги рух як джерела, так і приймача хвиль щодо цього середовища. Для електромагнітних хвиль (наприклад, світла), для поширення яких не потрібна ніяка середовище, в вакуумі має значення тільки відносне рух джерела і приймача [1].
Ефект був вперше описаний Крістіаном Доплеромв1842году.
Також важливий випадок, коли в середовищі рухається заряджена частинка з релятивістської швидкістю. В цьому випадку в лабораторній системі реєструється черенковское випромінювання, що має безпосереднє відношення до ефекту Доплера.
2. Сутність явища
Якщо джерело хвиль рухається щодо середовища, то відстань між гребенями хвиль (довжина хвилі) залежить від швидкості і напряму руху. Якщо джерело рухається у напрямку до приймача, тобто наздоганяє що випускається їм хвилю, то довжина хвилі зменшується, якщо удаляется-- довжина хвилі збільшується:
гдещ0 - частота, з якою джерело випускає хвилі, c - швидкість поширення хвиль в середовищі, v - швидкість джерела хвиль щодо середовища (позитивна, якщо джерело наближається до приймача і негативна, якщо видаляється).
Частота, що реєструється нерухомим приймачем
Аналогічно, якщо приймач рухається назустріч хвилям, він реєструє їх гребені частіше і навпаки. Для нерухомого джерела і рухається приймача
гдеu - швидкість приймача щодо середовища (позитивна, якщо він рухається у напрямку до джерела).
Підставивши вместощ0 у формулі (2) значення частотищіз формули (1), отримаємо формулу для загального випадку:
3. Як спостерігати ефект Доплера
Чи не міняє свого місця розташування мікрофон записує звук, видаваний сиренами двох рухомих вліво поліцейських машин. Знизу можна бачити частоту кожного з двох звуків, що приймається мікрофоном.
Оскільки явище характерне для будь-яких коливальних процесів, то його дуже легко спостерігати для звуку. Частота звукових коливань сприймається на слух як висота звуку. Треба дочекатися ситуації, коли швидко рухається автомобіль або поїзд буде проїжджати повз вас, видаючи звук, наприклад, сирену або просто звуковий сигнал. Ви почуєте, що коли автомобіль буде наближатися до вас, висота звуку буде вище, потім, коли автомобіль порівняється з вами, різко знизиться і далі, при видаленні, автомобіль буде сигналити на більш низькій ноті.
4. Застосування Ефекту Доплера в медицині
Цей ефект широко застосовується в акушерстві, так як звуки, що йдуть від матки легко реєструються. На ранній стадії вагітності звук проходить через сечовий міхур. Коли матка наповнюється рідиною, вона сама починає проводити звук. Положення плаценти визначається по звуках протікає через неї крові, а через 9 - 10 тижнів з моменту утворення плоду прослуховується биття його серця. За допомогою ультразвукових пристроїв кількість зародків або констатувати смерть плоду.
На його ж принципі заснована діагностика показників кровотоку практично в будь-якій посудині, що дуже важливо для виявлення патології вражає серцево-судинну систему і контролю її лікування. При дослідженні кровотоку пацієнта за допомогою ультразвукового дослідження фіксують зміну частоти ультразвукового сигналу при відбитті його від рухомих частинок крові, основну масу яких складають еритроцити.
Для реєстрації ефекту Доплера використовують ультразвук, що посилається в напрямку досліджуваного судини. Відбиваючись від рухомих еритроцитів, ультразвук, який приймає пристроєм, відповідно змінює частоту. Це дозволяє отримати інформацію про швидкість руху крові по досліджуваній ділянці судинного русла, напрямку руху крові, обсязі кров'яної маси, що рухається з певними швидкостями, і, виходячи з цих параметрів, обґрунтовувати судження про порушення кровотоку, стан судинної стінки, наявності атеросклеротичного стенозу або закупорки судин , а також оцінити колатеральний кровообіг.
Тертя всередині потоку крові обумовлює розподіл швидкостей в нормальному посудині так, що в пристінкових шарах швидкість близька до нуля, а по осі судини досягає максимуму. Спектр доплерівського сигналу внаслідок цього близький до суцільного, і поле між нульовою лінією і обвідної спектра (максимальна частота, відповідна максимальної швидкості руху в даний момент часу) в нормі виявляється досить рівномірно заповненим, за винятком невеликого просвіту під систолическим піком. Залежно від судини спектрограмма має характерний вигляд. Наприклад, в мозкових судинах циркуляторное опір низьке, в результаті чого рух крові має односпрямований хварактер в усі фази серцевого циклу, так що систолічна і діастолічна фази доплеросонограми лежать вище нульової лінії, а діастолічна швидкість досить велика.
Прістенозе скрость руху в стенозірованних ділянці зростає пропорційно ступеня стенозу. Візуально це виражається в різкому увелічесніе амплітуди систолічного піку, відразу після виходу з стнозірованного ділянки виникають турбулентності з частковим зворотним кровотоком, це виглядає як поява спектральних складових нижче нульової лінії, а розширення діапазону варіювання швидкостей руху крові призводить до розширення спектра частот доплерівського сигналу.
Застосування ультразвуку в терапії і хірургії
Ультразвук, застосовуваний в медицині, може бути умовно розділений на ультразвук низьких і високих інтенсивностей. Основне завдання застосування ультразвуку низьких інтенсивностей (0,125 - 3,0 Вт / см2) - неповреждающій нагрів або будь-які нетеплові ефекти, а також стимуляція і прискорення нормальних фізіологічних реакцій при лікуванні ушкоджень. При більш високих інтенсивностях (> 5 Вт / см2) основна мета - викликати кероване виборче руйнування в тканинах. Перший напрямок включає в себе більшість застосувань ультразвуку у фізіотерапії і деякі види терапії раку, друге - ультразвукову хірургію.
Застосування ультразвуку в хірургії.
Існують дві основні області застосування ультразвуку в хірургії. У першій з них використовується здатність сильно фокусированного пучка ультразвуку викликати локальні руйнування в тканинах, а в другій механічні коливання ультразвукової частоти накладаються на хірургічні інструменти типу лез, пив, механічних наконечників.
Хірургія за допомогою сфокусованого ультразвуку.
Хірургічна техніка повинна забезпечувати керованість руйнування тканин, впливати тільки на чітко обмежену область, бути швидкодіючої, викликати мінімальні втрати крові. Потужний фокусований ультразвук має більшість з цих якостей. Можливість використання сфокусованого ультразвуку для створення зон ураження в глибині органу без руйнування верхніх тканин вивчено в основному в операціях на мозку. Пізніше операції проводилися на печінці, спинному мозку, нирках і оці. ефект доплера медицина фізіотерапія
Застосування ультразвуку у фізіотерапії
Прискорення регенерації тканин.
Одне з найбільш поширених застосувань ультразвуку у фізіотерапії - це прискорення регенерації тканин і загоєння ран. Відновлення тканин можна описати за допомогою трьох перекриваються фаз. Протягом запальної фази фагоцитарна активність макрофагів і поліморфнонуклеарних лейкоцитів веде до видалення клітинних фрагментів і патогенних часток. Переробка цього матеріалу відбувається головним чином за допомогою лізосомальних ферментів макрофагів. Відомо, що ультразвук терапевтичних інтенсивностей може викликати зміни в лізосомальних мембранах, тим самим прискорюючи проходження цієї фази. Друга фаза в залечивании ран -проліферація або фаза розростання.
Клітини мігрують в область поразки і починають ділитися. Фібробласти починають синтезувати колаген. Інтенсивність загоєння починає збільшуватися, і спеціальні клітки, міофібробласти, змушують рану стягуватися. Показано, що ультразвук значно прискорює синтез коллагенафібробластамі як in vitro, так і in vivo. Якщо диплоїдні фібробласти людини опромінити ультразвуком частотою 3 МГц і інтенсивністю 0,5 Вт / см2 in vitro, то кількість синтезованого білка збільшиться. Дослідження таких клітин в електронному мікроскопі показало, що в порівнянні з контрольними клітинами в них міститься більше вільних рибосом, шорсткуватої ендоплазматичної мережі. Третя фаза-відновлення.
Еластичність нормальної сполучної тканини обумовлена упорядкованою структурою колагенової сітки, що дозволяє тканини напружуватися і розслаблятися без особливих деформацій. У рубцевої тканини волокна часто розташовуються нерегулярно і заплутано, що не дозволяє їй розтягуватися без розривів. Рубцева тканина, що формувалася при впливі ультразвуку, міцніші і більш еластично порівняно з "нормальною" рубцевою тканиною.
Лікування трофічних виразок.
При опроміненні хронічних варикозних виразок на ногах ультразвуком частотою 3 МГц і інтенсивністю 1 Вт / см2 в імпульсному режимі 2 мс. 8 мс були отримані наступні результати: після 12 сеансів лікування середня площа виразок складала приблизно 66,4% від їх первісної площі, в той час як площа контрольних виразок зменшилася всього до 91,6%. Ультразвук може також сприяти приживлення пересаджених шматків шкіри на краю трофічних виразок.
Прискорення розсмоктування набряків.
Ультразвук може прискорити розсмоктування набряків, викликаних ушкодженнями м'яких тканин, що швидше за все обумовлено збільшенням кровотоку або місцевими змінами в тканинах під дією акустичних мікропотоків.
При експериментальному дослідженні переломів малої гомілкової кістки у щурів було виявлено, що ультразвукове опромінення під час запальної і ранньої проліферативної фаз прискорює і покращує одужання. Кісткова мозоль у таких тварин містила більше кісткової тканини і менше хрящів. Однак в пізньої проліферативної фазі приводило до негативних ефектів - підсилювався ріст хрящів і затримувалося утворення кісткової тканини.
Вихід інформації здійснюється двояко:
1) на вимірювальний прилад, шкала якого проградуйована в відносних одиницях швидкості, 2) на гучномовець для слухового сприйняття. Зміна тону чутного звуку, який видає прилад при досліджень, говорить про зміну швидкості руху кров'яних тілець (що зазвичай свідчить про звуження судин, утворення тромбу або слабостівенозного каналу). У модельному варіанті це можна продемонструвати за допомогою установки, представленої на малюнку (де 1 - посудина з рідиною, 2 - датчик ДПК-15, 3 - модель частинки крові, 4 - прокладка з поролону).
Доплерографія - методікаультразвукового дослідження, заснована на використанні ефекту Доплера. Сутність ефекту полягає в тому, що від рухомих об'єктів ультразвукові хвилі відбиваються зі зміненою частотою. Цей зсув частоти пропорційний швидкості руху лоціруемих структур-- якщо рух направлено в сторону датчика, то частота збільшується, якщо від датчіка-- зменшується.
1. Б.М.Яворскій, А.А. Пінський, "Основи фізики. Том 2. Коливання і хвилі. Квантова фізика", Наука, 1981
2. М.М.Архангельскій, "Курс фізики. Механіка", Москва, Просвещение, 1975
3. Горохів А.В.Релятівістскій ефект Доплера.
4. Ландау Л.Д, Ліфшиц Е.М. Теорія поля - Видання 7-е, виправлене .-- М.: Наука, 1988. - С.158-159. - ( «Теоретична фізика», том II).
Розміщено на Allbest.ru