Доплер эффектісі және оны медициналық- биологиялық зерттеулерде қолдану

Презентация қосу

ПРЕЗЕНТАЦИЯ
Тақырыбы: Тақырыбы: Доплер эффектісі және оны медициналық-
биологиялық зерттеулерде қолдану.
Жоспар:

І. Кіріспе.
ІІ. Негізгі бөлім.
1. Доплер эффектісі
2. Релятивистік Доплер эффекті
3. Доплер эффектін қалай күзетуге болады?
4. Медициналық-биологиялық зерттеулерде қолдану
ІІІ. Қорытынды.
IV. Пайдаланылған әдебиеттер.
Кіріспе

Доплер эффектісі қазіргі күнде ғылымда, техникада, күнделікті күнде
кеңінен қолданылады. Мысалы: Бүкiл әлемде ол жылдамдық артық жол
қозғалыстарының ережелерiнiң бұзушыларын ұстап штраф төлетуге
мүмкiндiк беретiн полицей радарларында қолданылады. Тапанша - радар
сiздiң машинаңыздың металлдық шанағынан шағылысатын радио толқынды
сигнал сәуле таратады. Сигнал радарға керi шамасы машинаның
жылдамдығынан тәуелдi болатын жиiлiктiң доплер жылжуымен келеді. Құрал
сiздiң машинаңыздың жылдамдығын шығу және кiретiн сигналдың жиiлiгi
салыстыра автоматты есептейдi және ол пердеде шығарады. Бұл құбылысты
алғаш рет 1842 жылы Кристиан Допплер анықтаған және пәнге кірітген. Яғни,
Допплер эффектісі толқын жиілігі мен ұзындығының өзгеруіне негізделген.
Доплер эффектісі.
Доплер эффекті – толқын көзінің қозғалуы немесе
қабылдағыштың қозғалуымен байланысты қабылдағыш
тіркеген толқынның жилігі мен ұзындығының өзгеруі.
Толқын көзі сол жаққа қарай қозғалса, онда сол жақта
толқын жиілігі өседі, ал оң жакта төмендейді.
Басқа сөзбен айтқанда, егер толқын көзі озі шығарған
толқынды қуып жетсе - онда толқын ұзындығы азаяды, егер
алыстаса - толқын ұзындығы өседі.
Доплер эффектісін қасымыздан сиренасы қосулы көлік өтіп бара
жатқанда тәжрибеде күзету оңай. Сирена белгілі тонда өзгеріссіз үн
таратып жатыр деп есептейік. Көлік күзетушіге қарасты қозғалмай
тұрғанда ол дәл сирена таратып жатқан тондағы дыбысты естиді.
Бірақ көлік күзетушіге қарап қозғала бастаса, онда дыбыс
толқынының жиілігі өседі(ұзындығы азаяды), және естіп тұрған адам
сирена таратып жатқан дыбыстан жоғары дыбысты естиді. Көлік
күзетушінің қасынан өтіп бара жатқанда ол сиренаның оз тонындағы
дыбысын естиді. Ал көлік алыстаған кезде естіп тұрған адам аз
жиілігі(асқан ұзындығы) нәтижесінде төменрек дыбыс тонын естиді.
Қандайда бір ортада таралып жатқан толқын үшін(мысалы
дыбыс) толқын көзінің қозғалуын да, бұл ортаға қарасты
толқын қабылдағышқа да көңіл аудару қажет. Таралуы үшін
ешқандай орта керек болмайтын электромагниттік
толқындар үшін(мысалы жарық) вакуумда тек толқын көзі
мен қабылдағыштың бір біріне тиісті қозғалысы мәнді.
Эффектті бірінші рет Кристиан Доплер 1842 жылы
сипаттады.
Математик сипаты

Егер толқындардың көзi ортаға тиісті жылжыса,
онда(толқын ұзындығы) толқындардың тарамдар
арасындағы қашықтығы жылдамдық және қозғалыс
бағытынан тәуелдi болады. Егер толқын көзі қабылдағышқа
қарай қозғалса, яғни өзі таратқан толқынды қуып жетсе,
толқын ұзындығы азаяды, егер алыстаса – толқын ұзындығы
өседі:
- толқын көзі таратып жатқан толқын жиілігі,
С – ортада толқынның таралу жылдамдығы,
- ортада толқын көзінің жылдамдығы (егер
толқын көзі қабыдағышқа жақындаса – оң,
алыстаса - теріс).

Қозғалмас қабылдағышпен тіркелген жиілік:

(1)
Соған ұқсас, егер қабылдағыш толқындарға қарап
қозғалса, ол толқын тарамдарын жиі тіркейді. Қозғалмайтын
таратқыш және қозғалып жатқан қабылдағыш үшін:

(2)
ортаға қарасты қабылдағыш жылдамдығы(егер толқын
көзіне қарай қозғалса оң сан)
(2) формуладағы орнына (1) формуладағы жиілік мәнін
қойып екі жағдай үшін де ортақ формуланы аламыз:
Релятивистік Доплер эффекті

Электромагниттік толқындардың вакуумда таралған жағдайда жиілік
формуласын арнаулы салыстырма болжал теория(теория относительности)сынан
аламыз.

С – жарық жылдамдығы
- қабылдағышқа қарасты таратушы жылдамдығы

- толқын көзіне бағыт және қабылдағыш санақ тізіміндегі жылдамдық векторы
арасындағы бұрыш. Егер таратқыш күзетушіден радиальды алыстап жатса, онда
егер жақындаса
Доплер эффектін қалай күзетуге болады?

Құбылыс кез келген толқындар және бөлшектердiң ағындары
үшiн тән болғандықтан, оны дыбыс үшін бақылай өте оңай.
Дыбыс тербелiстерiнiң жиiлiгi сыбысқа дыбыс ырғағы сияқты
қабылданады. Жылдам қозғалатын автокөлiк немесе пойыз
бiздiң қасымыздан мысалы сирена немесе жай дыбыстық
сигнал сыңқылдап өтіп бара жатқан уақытты тосу қажет. Біз
көлік бізге қарап жақындап бара жатқанда дыбыс жоғары
болағанын естиміз, көлік қасымызға келгенде дыбыс кенеттен
төмендейді. Кейін көлік алыстағанда дыбыс төмендеп барады.
Орналасқан орнын өзгертпейтін микрофон солға қарай
жылжып бара жатқан екі көліктің сирена дыбысын жазып
отыр. Төменде екі дыбыстың да жиілігін көру мүмкін.
Қолданылуы

Доплерлік радар – нысанадан шағылысқан сигнал
жиілігінің өзгеруін өлшейтін радар. Жиіліктің өзгеруі
бойынша нысана жылдамдығының радиальдік құрамдас
бөлігі есептеледі (Нысана және радар арқылы өтетін түзуге
тусірілген жылдамдық проекциясы). Доплерлік радарлар әр
түрлі салада қолданылуы мүмкін:
• Ұшатын аппараттар жылдамдығын анықтауда;
• Кемелер жылдамдығын анықтауда;
• Көліктер жылдамдығын анықтауда;
• Гидрометеорлар(яғни бұлттар) жылдамдығын анықтауда;
• Теңіз және өзендер ағымының жылдамдығын анықтауда;
• Тағыда басқа нысаналар;
• Астрономия
– Спектр сызықтарының орын ауысуы бойынша жұлдыздар, галактикалар, т.б. сәулелік
жылдамдығын өлшеуде.
– Жарық тербелістерінің толқын ұзындығының өзгеруі - егер оның сәулелік жылдамдығы
күзетушіден бағытталған болса(қызыл көшу), спектр көзіндегі барлық спектральдік
сызықтардың ұзын толқындар жағына көшуіне алып келеді; егер сәулелік жылдамдық
бағыты күзетушіге қараған болса(күлгін көшу), қысқа толқындар жаққа көшуіне алып
келеді. Егер толқын көзінің жылдамдығы жарық жылдамдығы мен салыстырғанда аз
болса, онда сәулелік жылдамдық жарық жылдамдығын кез келген спектральдік сызық
толқынының ұзындығының өзгеруіне көбейтіп дәл сол толқынның қозғалмас толқын
көзіндегі ұзындығына бөлгендегі мәнге тең.
– Спектр сызығының енінің өсуіне қарап жұлдыздадың температурасы анықталады.
• Инвазивтік емес ағым жылдамдығын анықтауда қолданылады. Доплер эффекті
көмегімен сұйықтық және газдар ағымының жылдамдығы анықталады. Бұл
әдістің тиімділігі ағым ішіне еш қандай өлшегіш заттар қоюдың керек
болмауында;
• Күзет дабылдары;
• Қозғалатын нысаналарды анықтауда;
• Координатаны анытауда. Коспас – Сарсат спутник жүйесінде жердегі апаттық
хабарлағыштың координатасын спутник Доплер эффектін қолдап анықтайды.

Доплер эффекті
көмегімен жердің
күн
айналасында
айналуын дәлелдеу
Медициналық-биологиялық зерттеулерде қолдану.

Бұл эффект акушерлік жұмыста кең қолданылады, өйткені
жатырдан келе жатқан дыбыстарды тіркеу өте оңай.
Плацентаның орналасуы, одан ағып жатқан қан ағымының
дыбысынан анықталады, ал тұқым құралғаннан 9-10 аптадан
кейін тұқымның жүрек соғуын есту мүмкін. Ультрадыбыс
қондырғыларының көмегімен тұқым санын, немесе
тұқымның өлгені анықталады.
• Сол тәсілмен әр қандай тамырдағы қан ағуын зерттеуге
болады. Бұл жүрек қан тамыр жүйесінің патологиясын
анықтауға және емдеуді басқаруға өте маңызды.
• Медицинада қолданылатын ультрадыбысты екіге бөлу
қажет: төмен қарқынды және жоғары қарқынды. Төмен
қарқынды ультрадыбыс(0,125 - 3,0 Вт/см2) - көбінесе
физиотерапияда қолданады, жоғары қарқынды(> 5 Вт/см2)
– ультрадыбыстық хирургияда.
– Фокусталған ультрадыбысты хирургия
• Физиотерапияда
– Ұлпа регенерациясын тездетуде
– Трофикалық ойылымдарды(язва) емдеуде
– Iсiктердiң тарауын тездетуде
• Физикалық табиғаты бойынша механикалық құбылыстарға
жататын дыбыс пен ультрадыбысты, Доплер құбылысын және
импульстің сақталу заңын медициналық құралдарда 2 бағытта
қолданады: оның бірі - диагностика болса, екінші бағыты - терапия.
• а) Адамның кей ішкі мүшелері (жүрек, тыныс алу кезіндегі өкпе, асқазан, ішек,
атырдағы ұрық жүрегінің соғысын, т.б.) жұмыс істеу барысында тербеліп, дыбыс
толқындарын шығарады. Осы құбылысты диагностикада, адам мүшелерінің
физиологиялық күйілерін анықтауда қолданады және оны аускультатция деп
атайды.
• б) 1894 жылы В.Эйнтховен, адам ішкі мүшелерінің шығаратын дыбыстарын
жазуды жүзеге асыру арқылы фонография әдісінің негізін қалады. Қазіргі кезеңде
жүректің жұмысы кезінде шығатын дыбыстарды жазу арқылы оның
физиологиялық күйін анықтау әдісі - фонокардиография (ФКГ) осы әдіс негізінде
пайда болды. ФКГ арқылы жүректің клапандарын жұмысын бағалауда,
қарыншаларының жиырлуын сипаттауда және соларға сәйкес патологиялық
өзгерістерді анықтауда қолданылатын негізгі әдіс болып саналады.
• в) Анатомиялық денелерге механикалық жолмен тоқылдату
арқылы әсер ету нәтижесінеде оның тербеліп дыбыс
шығаруына негізделген диагностикалық әдісті перкуссия деп
атайды. Бұл әдісті Ауэнбруггер 1761 жылы ұсынған болатын,
бірақ бұл әдіс ешқандай медициналық құралсыз
орындалатындықтан оны қарастырмаймыз.
• г) Медицинада адамның есту аппараты құлақтың
физиологиялық күйін 20-20000 Гц аралығындағы дыбысты сезу
және есту дәрежесі арқылы зерттеуді аудиометрия деп атайды.
• е) Ультрадыбысты (УД) диагностикалық мақсатта медицинада қолдану оның
денелермен әсерлесу нәтижесінде: денелерде жұтылуы, шағылуы,
жылдамдығының өзгеруі, шақылысқан толқын жиілігіінң өзгеруі,
энергиясының кемуі және т.б. физикалық, химиялық құбылыстарға
негізделген.
• Орталардың ультрадыбыстық кедергілерінің айырмасы көп болған сайын
шекарадан шағылысатын УД шамасы да артады. УД диагностикада
қолданудың бір сыры осында жатыр, яғни «ұлпа-сүйек», «бауырдың
тығыздығы әр түрлі қабаттары», «ішкі мүше - оны қоршаған орта» және т.б.
шекаралардан УД шағылысады, оларды өңдеу арқылы шекаралық аймақтың
немесе мүшенің шарты түрдегі көрнісін монитор бетінде кескіндейді.
• Ультрадыбыстық диагностика зерттелінетін адам мүшелеріне
байланысты: эхокардиография(ЭхоКГ), эхоэнцефалография(ЭхоЭГ)
деген түрлерге бөлінеді. ЭхоКГ деп ультрадыбыс арқылы жүректің,
ал ЭхоЭГ деп мидың физиологиялық күйі мен параметрлерін
анықтауды атайды, бірақ осыған қарамастан олардың жұмыс істеу
принциптері өте жақын.
Ультрадыбыстық зерттеу (УДЗ) құралдардың құрлысы және онымен зерттеу
жүргізу туралы толық мәліметтер көптеген оқулықтарда берілген. УДЗ
құралдарын кеңістіктік ажырату қаблеті, сезімталдығы, динамикалық
диапазоны, уақыт мезгілінде ажырату қабілеті деген шамалармен
сипатталады.
Аксиальды- ультрадыбыс толқының тарау ось бойында жатқан денелерді
ажырату қаблеті. Құралдың бұл қабілеті УД толқын ұзындығына байланысты
болады, егер екі нүкте ара қашықтығы толқын ұзындығынана көп болса, онда
экран бетінде олар екі объекті түрінде бөлек көрінеді, егер жақын болса, онда
олар бірігіп бір нүкте түрінде көрінеді. УДЗ қолданылатын 3,25 МГц толқын
үшін мұндай ара қашықтық 2 мм болса, 5 МГц үшін одан кем, 0,7 мм.
Латериалды- ультрадыбыс толқының тарау осіне көлденең
бағытта жатқан денелерді ажырату қаблеті. Құралдың
мұндай қабілеті таралу бағытындағы УД толқынның еніне
байланысты болады, егер толқын ені екі нүктенің ара
қашықтығына кем болса, онда нүктелер жеке жеке көрінеді,
егер артық болса, онда екі нүкте бірігіп көрінеді. 3,25 МГц
толқын үшін мұндай шама – 5 мм, ал 5 МГц үшін одан аз
мәнге ие.
Қорытынды

Доплер эффектісі қазіргі кезде физика, медицина салаларында кеңінен
қолданылады. Доплер эффекті көмегімен сұйықтық және газдар ағымының
жылдамдығы анықталады. Бұл эффект акушерлік жұмыста кең қолданылады,
ойткені жатырдан келе жатқан дыбыстарды тіркеу өте оңай. Адамның кей
ішкі мүшелері жұмыс істеу барысында тербеліп, дыбыс толқындарын
шығарады. Осы құбылысты диагностикада, адам мүшелерінің физиологиялық
күйілерін анықтауда қолданады.УД диагностикада қолданудың бір сыры
осында жатыр, яғни «ұлпа-сүйек», «бауырдың тығыздығы әр түрлі
қабаттары», «ішкі мүше - оны қоршаған орта» және т.б. шекаралардан УД
шағылысады, оларды өңдеу арқылы шекаралық аймақтың немесе мүшенің
шарты түрдегі көрнісін монитор бетінде кескіндейді.
Пайдаланылған әдебиеттер:

1. Б.М.Яворский, А.А. Пинский, "Основы физики. Том 2. Колебания и волны. Квантовая
физика", Наука, 1981
2. М.М.Архангельский, "Курс физики. Механика", Москва, Просвещение, 1975
3. Горохов А.В.Релятивистский эффект Доплера.
4. Ландау Л.Д, Лифшиц Е.М. Теория поля -- Издание 7-е, исправленное.--М.:Наука, 1988.
-- С.158-159. -- («Теоретическая физика», том II).
5.Kuroiwa T., Bonnekoh P., Hossmann K. Stroke. 1992 , 23(9), 1349-1354.
6.Van der Giessen W., Duncker D/. Saxena P., Verdouw P. Br. J.Pharmacol., 1990, 100(2), 277-
282.
7.Welsch M., Nuglisch J., Krieglstein J., Stroke . 1990, 21 (12), IV 105-107.
8. Мирзоян Р.С. и соавт. Бюлл. Эксперим. Биол. и Медицины. 1994, N 10, CХVIII, 410-413.
Глоссарий
Доплер құбылысы — бақылаушы қабылдайтын толқын
жиілігінің сол тербеліс көзінің қозғалу жылдамдығына қарай
өзгеруі. Мысалы, дыбыс (электромагниттік тербеліс) көзі
бақылаушыға жақындаса, онда бақылау орнында жиіліктің
артатыны, бақылаушыдан алыстаса, жиіліктің кемитіні
байқалады.
Глоссарий
• Дыбыс, кең мағынасында – газ, сұйықтық немесе қатты
күйдегі серпімді орта бөлшектерінің толқын түрінде
таралатын тербелмелі қозғалысы; тар мағынасында –
адамдар мен жануарлардың арнаулы сезу органымен
субъективті түрде қабылданатын құбылыс.
Глоссарий
• Толқын — ай мен күннің тартылыс күштерінен, желдің
әсерінен, атмосфералық қысымның ауытқуларынан, су
асты жер сілкіністері мен жанартау атқылауларынан немесе
кеме қозғалыстарынан пайда болатын теңіздер мен
мұхиттардағы сулы ортаның тербелмелі қозғалысы.
Глоссарий
• Радиолокация (лат. lokatio - орналасу орны) —
радиотолқын көмегімен түрлі объектілерді іздеп табу және
оның орнын анықтау. Белгілі бір бағытта жіберіліп,
жолындағы объектіден шағылған импульс түріндегі толқын
экран бетінен импульс түрінде көрінеді. Оның оралу
уақыты арқылы объектіден станцияға дейінгі қашықтығы
анықталады.
Глоссарий
• Радиотолқындар — радиобайланыста колданылатын,
электр-магниттік толқындар.Радиотолқындар көзі ретінде
электромагнитгік тербелістер генераторлары
пайдаланылады.
Глоссарий
• Энергия (гр. energeіa – әсер, әрекет) – материя
қозғалысының әртүрлі формасының жалпы өлшеуіші.
Глоссарий
• Қысым (орыс. давление ) бір дене екінші дене бетіне
(мысалы, ғимарат іргетасының грунтқа, сұйықтықтың ыдыс
қабырғасына, қозғалтқыш цилиндріндегі газдың піспекке,
т.б.) әсер еткенде пайда болатын қалыпты күштің (дене
бетіне перпендикуляр) қарқындылығын сипаттайтын
физикалық шама.

Ұқсас жұмыстар

Доплер эффектісі

Медициналық интроскопияның әдістері

Ультрадыбыстық жұтылу

Тыныс алу жүйесін зерттеудің аспаптық әдістері

Тірі ағзаға электр және магнит өрістерінің әсері. Медициналық зерттеулерде ЯМР және ЭПР-дің қолданылуы

МТР шектеулігі

Әлемнің ірі масштабты құрылымын бейсызықты талдау

Электр және магнит өрісінің тірі организмге әсері

МЕДИЦИНАЛЫҚ АҚПАРАТТЫҚ ТЕХНОЛОГИЯЛАР МҮМКІНДІКТЕРІ МЕН БОЛАШАҒЫ

Медицинадағы бағдарламалау технологиясы

Пәндер